大型叶片残余应力模拟及加工过程变形预测

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锻造成形的叶片在后续的机加工切削过程中会产生加工变形。而此加工变形是由于叶片在去除材料的过程中其内部的初始残余应力被释放所引起的。并且此加工变形会导致叶片发生不可避免的扭曲变形,从而影响叶片的生产质量和使用要求。所以为了提高锻造叶片的加工成形质量,减小初始残余应力对叶片加工过程的影响,需要对叶片锻件的初始残余应力释放所引起的加工变形展开详细的研究,以期能够提前预测出叶片锻件的加工变形,进而提前指导工艺人员制定相应的变形补偿措施。为此本文开展了以下研究内容:(1)为模拟得到带有初始残余应力的叶片锻件,本文利用了Inventor造型软件设计并绘制了叶片锻造所需要的原材料,即绘制了坯料模型,上下模具模型,叶片锻件模型。并且利用专业有限元成形软件Deform-3D,模拟了坯料在加热炉中的升温过程,模拟了坯料在模具作用下的成形过程,最后模拟了叶片锻件的冷却卸载过程。借助以上模拟过程,分析并总结了叶片锻造成形规律,得到了带有初始残余应力场的叶片锻件有限元模型。(2)编写了去除叶片锻件表层材料的算法。基于此算法逻辑并借助ANSYS中单元生死模块,完成了叶片锻件材料去除过程的模拟,并计算出了叶片锻件因初始残余应力释放而产生的变形。(3)为预测叶片锻件的加工变形,本文构建了叶片加工变形预测神经网络模型,并基于前述研究内容提前计算收集了30组不同锻造环境下的叶片因初始残余应力释放所引起的加工变形数据,利用这些大量的变形数据作为样本数据训练了叶片加工变形预测模型。最后利用训练好的叶片变形预测模型对一组测试叶片的加工变形数据完成了预测,并将此数据和ANSYS计算的变形数据进行了对比分析,发现变形误差基本维持在10%以内,进而验证了叶片加工变形预测模型的可行性。
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