[发明专利]定向凝固过程模糊控制变加热温度的仿真优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种定向凝固过程模糊控制变加热温度的仿真优化方法，特别涉及一种采用数值模拟技术应用模糊控制方法制定定向凝固过程的变化加热温度的控制优化方法。

背景技术

定向凝固过程是一种重要的铸造方法，被应用于生产航空涡轮发动机的工作叶片及大型燃气轮机的工作叶片，该项技术通过一台专用的Bridgman定向凝固炉实现，涉及到的关键控制参数有上下加热器控制温度，定向凝固抽拉速度，浇注温度；Bridgman定向凝固炉影响到该技术的主要参数有：上下加热器各自高度及内直径，挡板厚度及内直径，冷却区高度及内直径，结晶器厚度及直径等等。该技术是生产出的叶片在国防及民用领域都有不可替代的重要意义，因而受到各国材料加工方向专家所重视。目前，仅从加热温度工艺角度来分，定向凝固生产过程分为恒温工艺和变温工艺两种，以下是当前两种工艺的特点对比：

由上述分析可知，变温工艺在国内外处于尚无或者较少应用，但是其工艺效果有突出的

优点，已经趋于成熟的恒温工艺发展遇到了瓶颈，从控制温度工艺角度来讲，变温工艺

是定向凝固过程温度控制的最终发展趋势。

提出一种可行的方法，能够合理、快速的给出一套加热温度随时间变化的曲线T(t)，再次大幅度提高生产效率，降低工艺调试周期和成本，是定向凝固生产技术发展的必由之路。

发明内容

本发明的目的在于提出一种定向凝固过程模糊控制变加热温度的仿真优化方法，该方法利用数值模拟技术，结合模糊控制方法，以凝固过程温度参数为指导，对定向凝固生产工艺的加热器控制温度进行优化，给出加热温度随时间变化曲线T(t)，降低工艺调试周期，降低成本，合理提高生产效率，解决了国内外尚未或较少出现的变加热温度工艺的确定问题。

本发明的思路：本发明所述的定向凝固过程模糊控制变加热温度的仿真优化方法通过对定向凝固过程的测温实验结果和模拟计算结果分析，修正并确定了定向凝固模拟用的基本参数；加热温度仿真优化步骤主要通过对糊状区位置误差、糊状区位置误差变化、糊状区宽度等三项变量进行采样，选择模糊控制计算，在控制规则基础上经过反复共3次模拟计算最终输出得到优化了的加热温度随时间变化曲线T(t)，其中，采集量模糊化、模糊控制规则、模糊控制决策的反模糊化是依靠专家经验制定，采样周期及模糊量化因子、比例因子根据控制系统特征确定，最终得到热温度随时间变化的曲线T(t)。

本发明的特征在于，依次含有以下步骤：

步骤（1），构建一个基于数值模拟方法的计算机-实验装置系统：

所述实验装置，包括：定向凝固炉及钨/铼热电偶，其中：

定向凝固炉，炉体简化为用挡板隔离的位于上部的加热区和位于下部的冷却区，在所述的冷却区的抽拉机构由圆形结晶器和抽拉推杆连接组成，所述圆形结晶器上装有浇注用的叶片型壳，在所述抽拉机构作用下，所述叶片型壳穿过所述挡板上的孔，能够在所述抽拉推杆作用下，在所述加热区和冷却区之间做上下往复运动，在所述叶片型壳的空腔内对应叶片的引晶段、叶身、上部缘板、下部缘板以及榫头处设定测温点，至少5个点，所述挡板水平地连接在定向凝固炉内炉壁两侧的中部位置，

钨/铼热电偶，在测定所述叶片型壳测温点的温度时，该钨/铼热电偶的输出端向所述计算机输入对应测温点的温度，

所述计算机，预置有FT-Star软件；

步骤（2），依次按以下步骤进行定向凝固过程模糊控制变加热温度的仿真优化过程：

步骤（2.1），操作员向所述计算机输入叶片生产所用材料的模拟用的基本参数，其中包括：热传导系数，辐射换热系数，所用合金的物理参数：比热、潜热、密度和固/液相线温度，定向凝固炉体参数：所述加热区直径和高度、所述冷却区直径和高度、挡板厚度和圆盘结晶器直径，输入固定抽拉速度，

步骤（2.2），操作员向所述计算机输入所述叶片型壳的三维简化模型，所述计算机用所述FT-Star软件对该三维简化模型用正六面体单元进行三维离散化，

步骤（2.3），操作员向所述计算机下达用所述FT-Star软件对叶片凝固过程的温度场进行测试模拟的指令，并输出步骤（1）所述至少5个测温点的温度值随时间变化的数据，

步骤（2.4），操作员以所述叶片型壳为样件，采用步骤（2.1）所述的抽拉速度值，在相同于步骤（2.1）中的模拟用的基本参数条件下，在所述实验装置中进行浇注实验，实时测定各测温点实际的温度随时间变化的数据，