[发明专利]用于确定复杂曲面形状工件激光喷丸成形工艺参数的方法

权利要求书

1.一种用于确定复杂曲面形状工件激光喷丸成形工艺参数的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据工件的曲面参数方程，进行工件的曲面的几何特征分析计算出主应变方向，进而得到激光喷丸成形中激光脉冲扫描方向；

步骤2：建立以深度方向固有应变分布为变形来源的工件弯曲变形有限元模型，固有应变方向为所述主应变方向，通过固有应变场优化，得到工件不同位置沿深度方向固有应变分布；

步骤3：根据不同激光喷丸成形工艺参数下的固有应变响应面模型以及所述工件不同位置深度方向的固有应变，进行激光喷丸成形工艺参数优化，得到与工件表面不同固有应变场相对应的最佳激光喷丸成形工艺参数。

2.根据权利要求1所述的用于确定复杂曲面形状工件激光喷丸成形工艺参数的方法，其特征在于，所述曲面参数方程，具体为，根据已知工件的曲面方程或部分点坐标，通过参数变换或是Bezier曲线获得相应的曲面参数方程其中，∑为曲面的符号表示，为曲面的向量函数方程，u,v分别为曲面的参数坐标。

3.根据权利要求1所述的用于确定复杂曲面形状工件激光喷丸成形工艺参数的方法，其特征在于，所述主应变方向，具体为，采用微分几何曲面理论，根据曲面的几何特征，通过曲面主曲率的计算公式求解曲面节点的主曲率方向作为固有应变平面的主应变方向。

4.根据权利要求3所述的用于确定复杂曲面形状工件激光喷丸成形工艺参数的方法，其特征在于，所述激光脉冲的扫描方向，为根据求解出的固有应变平面的主应变方向，将最小的主应变方向作为激光脉冲扫描方向。

5.根据权利要求1所述的用于确定复杂曲面形状工件激光喷丸成形工艺参数的方法，其特征在于，根据有限元仿真，沿深度方向的固有应变分布满足分布函数ε^*：

ε^*＝a*EXP(-((x-b)/c)²)(1)

其中，x为工件厚度方向位置，上表面x＝0；a，b，c为设计变量。

6.根据权利要求5所述的用于确定复杂曲面形状工件激光喷丸成形工艺参数的方法，其特征在于，所述工件弯曲变形有限元模型，具体为，根据工件壁板厚度建立相应的分层壳单元，定义壁板材料属性中的各向异性热膨胀系数α和单元温度场，在温度场ΔT下相应的固有应变ε为ε＝αΔT，

α(x,y,z)＝ε^*(x,y,z)(2)

T(x,y,z)＝1(3)

其中，x,y,z分别为空间笛卡尔坐标系中坐标轴，T(x,y,z)为温度函数方程，ε^*表示初始固有应变。

7.根据权利要求5所述的用于确定复杂曲面形状工件激光喷丸成形工艺参数的方法，其特征在于，所述固有应变场优化，具体为，建立以曲面主曲率方向为主应变方向的工件弯曲变形有限元模型，以公式(1)中系数a,b,c为设计变量，在小于等于残余压应力的范围内，以曲面位移差值平方和最小或应变能最小为目标的仿真优化，获得深度方向固有应变分布。

8.根据权利要求1所述的用于确定复杂曲面形状工件激光喷丸成形工艺参数的方法，其特征在于，所述固有应变响应面模型，具体为，根据工艺参数数据库，以激光喷丸工艺参数为设计变量，以表征固有应变大小的参数为响应建立的固有应变响应面模型。

9.根据权利要求1所述的用于确定复杂曲面形状工件激光喷丸成形工艺参数的方法，其特征在于，所述激光喷丸成形工艺参数优化，具体为，基于固有应变响应面模型，建立以固有应变场优化结果相对误差的平方和最小为目标的优化函数，优化出成形曲面最佳的激光喷丸参数。

10.根据权利要求8所述的用于确定复杂曲面形状工件激光喷丸成形工艺参数的方法，其特征在于，所述工艺参数数据库，为基于固有应变响应面模型，利用有限元仿真及实验建立的固有应变与不同激光喷丸工艺参数之间关系的数据库。