[发明专利]一种获取航空发动机的叶盘轴颈焊接方式的方法

说明书

该发明公开了一种获取航空发动机的叶盘轴颈焊接方式的方法，属于航空发动机的叶盘轴颈部分焊接领域。本发明基于数值模拟的航空发动机的叶盘与轴颈焊接计算方法，其有益效果在于根据叶盘与轴颈的构型针对性地建立三维实体模型和选择电子束焊接热源模型，并通过利用数值模拟的方法避免了大量试验工件的浪费，同时提高焊接模拟的精度，得到更高质量的焊接温度场分布和应力场分布。

技术领域

本发明属于航空发动机的叶盘轴颈部分焊接领域。

背景技术

在对传统的航空发动机叶盘与轴颈焊接验证测试中，需要人工试验各种不同类型的焊接方式和焊接参数，来获得高性能的焊接质量。但是这种情况依赖工人经验，导致测试耗费时间长，浪费材料资源，并且很难得到焊接以后器件的应力和温度场复杂多样的分布。

但是通过数值模拟的方法，可直接利用计算机软件，采用有限元方法对焊接的残余应力和温度场分布进行预测和分析，并辅以少量试验进行验证和调整，可以大大缩短试验周期，增加材料利用率，节约生产成本。

发明内容

本发明针对对航空发动机中的叶盘轴颈焊接后残余应力和温度场分布验证困难的状况，提供了一种获取航空发动机的叶盘轴颈焊接方式的方法。

本发明技术方案为一种获取航空发动机的叶盘轴颈焊接方式的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：确定航空发动机中的叶盘与轴颈的构型，并且根据确定的构型建立叶盘与轴颈的三维实体模型；

步骤2：将步骤1中的叶盘与轴颈的三维实体模型进行有限元网格划分，形成叶盘与轴颈的实体模型的若干网格单元；

步骤2.1：将步骤1中的三维实体模型，进行几何清理，首先删除模型中的自由节点，然后融合重合节点、重合单元，并进行重复确认；

步骤2.2：对三维实体模型选区六面体进行网格划分，将靠近焊缝区及近缝区划分为密网格，其他区域划分为疏网格；

步骤2.3：对划分好的网格进行质量检查；

步骤2.4：对划分结果进行单元边界检测，检测是否出现裂缝，若有裂缝，则进行填充；

步骤3：对步骤2中划分好网格的三维实体模型进行分组，确定焊缝、焊接参考线、焊接起始单元、焊接起始点、焊接结束点、夹持条件、载荷、热传导表面；

步骤4：对叶盘和轴颈进行热源校核；

步骤4.1：采用如下双椭球模型作为焊接的热源模型；

其中，双椭球热源模型的前后两部分采用不同的表达式，在前半部分椭球内热源分布为：

后半部分椭球内热源分布的表达式为：

其中，Q＝ηUI，η为热源效率，U为焊接电压，I为焊接电流；a,b,c为椭球形状参数，f₁，f₂为前后椭球热量分布函数，且f₁+f₂＝2；

步骤4.2：叶盘与轴颈采用TC17钛合金材料；

步骤5：确定焊接电流、电压、焊接速度；

步骤6：根据步骤4、5选取的电子束焊接热源模型和上述材料物理参数计算焊接的热输入q；

其中,η为功率有效利用系数，I_n为焊接电流，U_n为焊接电压，v为焊接速度；