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国产7050铝合金薄壁承力框车削残余应力变形控制研究

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航空工程进展 2024年

作者：胡越张晟玮蒋睿嵩黄崇湘四川大学机械工程学院中国航发成都发动机有限公司工程技术中心四川大学空天科学与工程学院

研究国产7050铝合金航空薄壁承力框零件车削加工的变形控制，在减小径向变形的情况下保证切削效率，可显著提升零件的加工精度与使用性能。采用仿真结合实验论证的方法，研究国产7050铝合金航空承力框车削残余应力变形优化方法。建立三... 详细信息

研究国产7050铝合金航空薄壁承力框零件车削加工的变形控制，在减小径向变形的情况下保证切削效率，可显著提升零件的加工精度与使用性能。采用仿真结合实验论证的方法，研究国产7050铝合金航空承力框车削残余应力变形优化方法。建立三维车削残余应力仿真模型，通过实验验证国产7050铝合金薄壁承力框车削仿真模型的准确性；基于三维车削仿真模型开展正交实验，建立车削参数与车削残余应力的映射模型；以车削效率和残余应力为优化目标，基于遗传算法获得优化的国产7050铝合金航空薄壁承力框车削参数。结果表明：优化后加工表面残余应力降低至15.6 MPa，承力框最大径向变形量为1.59 mm，相比原车削参数变形量减小了约19%，达到了控制和优化国产7050铝合金航空薄壁承力框加工变形的目的。

关键词：国产7050铝合金航空薄壁件加工变形车削残余应力变形优化

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圆形多组件装填布局的优化求解方法

计算机集成制造系统 2017年第1期23卷 17-24页

作者：曹旭康汪文虎蒋睿嵩王楠西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室陕西西安710072

针对带性能约束的圆形多组件装填布局问题,提出一种具有全局寻优能力的内点法。该算法采用线性搜索和信赖域方法相结合的内点法进行局部寻优;为使算法具有全局寻优能力,提出了自交叉操作的布局变换策略,从而跳出局部最优布局模式,实现... 详细信息

针对带性能约束的圆形多组件装填布局问题,提出一种具有全局寻优能力的内点法。该算法采用线性搜索和信赖域方法相结合的内点法进行局部寻优;为使算法具有全局寻优能力,提出了自交叉操作的布局变换策略,从而跳出局部最优布局模式,实现组件装填布局的优化求解。对3个经典算例进行了计算验证,并重点与目前的主流算法进行深入分析对比。算例结果表明,该算法在小规模布局问题上的计算效率和精度与其他算法相当,对于规模较大的布局问题则有更好的计算结果,刷新了目前的最优结果。

关键词：多组件布局优化装填问题内点法自交叉

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CFRP构件带垫圈铆接损伤及剪切性能

工程科学与技术 2023年第5期55卷 212-220页

作者：杨洲邓金风蒋睿嵩左杨杰四川大学空天科学与工程学院四川成都610065 四川大学机械工程学院四川成都610065 西北工业大学航空学院陕西西安710072

碳纤维增强树脂基复合材料(carbon fiber reinforced polymers,CFRP)在航空领域应用广泛,但极易发生铆接损伤。针对航空CFRP构件,本文通过试验研究带垫圈铆接损伤行为,评估不同宽径比和边径比下铆接构件拉伸剪切性能。结果表明:镦头径... 详细信息

碳纤维增强树脂基复合材料(carbon fiber reinforced polymers,CFRP)在航空领域应用广泛,但极易发生铆接损伤。针对航空CFRP构件,本文通过试验研究带垫圈铆接损伤行为,评估不同宽径比和边径比下铆接构件拉伸剪切性能。结果表明:镦头径向过度膨胀和镦头轴向变形挤压共同造成CFRP孔口局部应力过大,进而引起局部铆接损伤,且镦头附近铺层挤压损伤最明显。垫圈一方面有效限制了镦头附近钉杆不均匀膨胀;另一方面通过将局部轴向挤压力向孔周表面垫圈覆盖区域分散进而降低孔周表面轴向应力水平,最终有效减小了铆接损伤程度。所有试件力-位移响应曲线特征由钛合金铆钉主导,伴随铆钉剪切失效。拉伸失效过程中,垫圈均未发生明显变形,但CFRP层板钉孔周围表层发生明显局部挤压损伤,同时拉伸过程中伴随纤维断裂声响。宽径比对试件刚度和最终失效强度均具有明显影响,但边径比影响不明显。为探究与传统铆接相比更高效的铆接方式,本文针对CFRP/CFRP复合材料铆接构件,创新性地引入了带垫圈的铆接方法,通过铆接、拉伸剪切试验验证和铆接试件微观表征,发现垫圈能够有效抑制镦头的膨胀,并分散孔周应力水平进而降低铆接损伤。铆接试件的宽径比相较于边径比对铆接试件刚度和失效强度的影响更为显著。在拉伸剪切试验中,铆接试件的失效模式均为铆钉断裂。

关键词：复合材料铆接垫圈损伤失效

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涡轮叶片精铸模具陶芯定位元件逆向调整算法

航空学报 2011年第10期32卷 1924-1929页

作者：崔康汪文虎蒋睿嵩赵德中西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室陕西西安710072

针对空心涡轮叶片蜡型压制过程中陶芯定位元件补偿量难以量化问题,提出了基于蜡型壁厚测量结果的逆向解析算法。通过建立陶芯定位误差传递模型和逆向调整模型,确定了陶芯壁厚偏差与定位元件补偿量之间的映射关系。运用超声脉冲反射法对... 详细信息

针对空心涡轮叶片蜡型压制过程中陶芯定位元件补偿量难以量化问题,提出了基于蜡型壁厚测量结果的逆向解析算法。通过建立陶芯定位误差传递模型和逆向调整模型,确定了陶芯壁厚偏差与定位元件补偿量之间的映射关系。运用超声脉冲反射法对一组蜡型进行壁厚测量,根据测量结果逆向调整陶芯定位元件尺寸并重新压制蜡型进行对比分析。结果表明,该方法能够有效计算陶芯定位元件尺寸补偿量,对提高空心涡轮叶片蜡型定型效率以及进一步控制空心涡轮叶片壁厚精度有一定指导意义。

关键词：空心涡轮叶片蜡型陶芯定位元件壁厚偏差补偿量

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STE及其在重大装备研制中的应用

中国科学：技术科学 2013年第7期43卷 822-827页

作者：徐志磊蒋睿嵩魏发远中国工程物理研究院绵阳621900 中国工程物理研究院总体工程研究所绵阳621900

针对重大装备研制模式的发展趋势,本文主要论述了如何在装备研制中理解并应用STE(science,technology,and engineering;科学、技术和工程)的思想.首先,对科学的含义进行了讨论,并将科学按照STE的框架分为基础科学、技术科学和工程三个类... 详细信息

针对重大装备研制模式的发展趋势,本文主要论述了如何在装备研制中理解并应用STE(science,technology,and engineering;科学、技术和工程)的思想.首先,对科学的含义进行了讨论,并将科学按照STE的框架分为基础科学、技术科学和工程三个类别.然后,分别阐述了基础科学、技术科学和工程的内涵和特点,并就三者之间的区别与联系进行了总结.最后,在分析装备研制特点的基础上,针对装备的研制中存在的问题,提出了基于STE的装备设计策略.通过将STE的概念引入装备设计领域,建立"基于科学的工程设计"模式,在认识系统物理本质的基础上,借助科学计算手段对系统进行设计优化,达到提升装备研制质量和效率的目的.

关键词： STE 重大装备装备研发新模式

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基于力约束的空心涡轮叶片陶芯定位方法

航空学报 2017年第9期38卷 328-336页

作者：崔康汪文虎蒋睿嵩赵德中靳淇超西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室西安710072

精铸蜡型作为空心涡轮叶片精铸过程重要的前期工艺转接件,其壁厚精度主要由蜡型模具型腔与内部陶芯的位置匹配关系决定。由于陶芯在模具内完全依靠定位元件实现空间定位,为减小由定位误差引起的陶芯位姿漂移,提出了一种基于力平衡约束... 详细信息

精铸蜡型作为空心涡轮叶片精铸过程重要的前期工艺转接件,其壁厚精度主要由蜡型模具型腔与内部陶芯的位置匹配关系决定。由于陶芯在模具内完全依靠定位元件实现空间定位,为减小由定位误差引起的陶芯位姿漂移,提出了一种基于力平衡约束的空心涡轮叶片精铸模具陶芯定位布局优化方法。首先,通过建立陶芯定位误差传递模型,揭示了定位误差与陶芯空间位姿扰动量之间的映射关系;其次,根据力平衡原理构建了基于力约束的陶芯定位布局优化模型;之后,针对陶芯表面定位候选点的离散分布特性,结合遗传算法给出了陶芯定位布局点的详细求解策略。最后,仿真对比证明了利用本文所提方法获得的陶芯定位方案可以在保证陶芯定位稳定性的同时提高陶芯定位精度,此外,按照优化后的定位方案压制实际蜡型,壁厚检测结果也进一步表明所提方法的有效性。

关键词：空心涡轮叶片蜡型陶芯定位布局力平衡遗传算法

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空心涡轮叶片精铸模具陶芯夹紧布局优化方法

计算机集成制造系统 2018年第1期24卷 34-52页

作者：崔康汪文虎蒋睿嵩赵德中靳淇超西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室陕西西安710072

针对空心涡轮叶片精铸蜡型模压过程中的陶芯夹紧问题,提出一种基于空间形封闭模型的陶芯型面夹紧点布局优化方法。首先,利用有限元仿真技术建立了空心涡轮叶片蜡型压制过程陶芯载荷预测模型;其次,根据刚体运动学理论给出了陶芯限位点布... 详细信息

针对空心涡轮叶片精铸蜡型模压过程中的陶芯夹紧问题,提出一种基于空间形封闭模型的陶芯型面夹紧点布局优化方法。首先,利用有限元仿真技术建立了空心涡轮叶片蜡型压制过程陶芯载荷预测模型;其次,根据刚体运动学理论给出了陶芯限位点布局形封闭判定条件;最后,以满足空间形封闭以及陶芯与限位元件接触压力要求为约束条件,提出基于粒子群算法的陶芯夹紧点布局优化策略。实例验证表明,相较于工程设计中常规的陶芯夹紧方案,利用所提方法优化得到的陶芯夹紧方案不仅可以保证陶芯与限位元件接触压力满足设计要求,还能进一步减少夹紧点数目。

关键词：空心涡轮叶片蜡型陶芯夹紧布局优化形封闭粒子群算法

TC4钛合金加工表面的超声冲击强化表面完整性实验研究

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机械科学与技术 2023年

作者：张天任蒋睿嵩王栋辉王渊彬西北工业大学航空发动机先进制造技术教育部工程研究中心西北工业大学航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室四川大学机械工程学院

区别于传统的喷丸、表面涂层、激光冲击强化方法，超声冲击方法可获得均匀的表面结构状态、好的表面硬度和粗糙度，在航空航天领域具有广阔的应用前景。本文为研究超声冲击对钛合金的表面完整性影响，分析超声冲击作用机理并选取TC4钛... 详细信息

区别于传统的喷丸、表面涂层、激光冲击强化方法，超声冲击方法可获得均匀的表面结构状态、好的表面硬度和粗糙度，在航空航天领域具有广阔的应用前景。本文为研究超声冲击对钛合金的表面完整性影响，分析超声冲击作用机理并选取TC4钛合金进行不同加工表面的超声冲击实验。对超声冲击前后的粗糙度、硬度、显微硬度、残余应力和塑性变形层深度进行测量分析。结果表明，超声冲击强化可以降低表面粗糙度至Ra 0.15μm、为试件表层引入较大残余压应力，强化前的加工表面状态对强化后的表面粗糙度、残余应力无显著影响。此外，超声冲击强化试样有着较高的表面显微硬度，较未处理试样增加了18%，且硬化层深度达到130μm。超声冲击强化使得工件表面的金相组织发生变化，SEM下发现α相细化和表层晶粒定向形变，这是表层硬度增加的主要原因。相较于其他强化工艺，超声冲击能够降低加工表面的粗糙度、提升其残余压应力和硬度，同时设备成本较低且通用性强，对于改善工件的表面质量和抗疲劳性能有积极意义。

关键词：钛合金超声冲击强化铣削表面完整性

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压气机叶片辊轧模具型腔回弹补偿方法研究

机械工程学报 2017年第16期53卷 148-155页

作者：靳淇超汪文虎蒋睿嵩赵德中崔康西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室西安710072

航空发动机高压压气机叶片在辊轧成形过程中会沿着弦长方向发生回弹,直接影响叶片的成形精度进而影响其气动性能。为实现航空发动机压气机叶片无余量辊轧成形,提出并研究基于截面线回弹补偿的叶片辊轧模腔优化设计方法。分析钣金件弯曲... 详细信息

航空发动机高压压气机叶片在辊轧成形过程中会沿着弦长方向发生回弹,直接影响叶片的成形精度进而影响其气动性能。为实现航空发动机压气机叶片无余量辊轧成形,提出并研究基于截面线回弹补偿的叶片辊轧模腔优化设计方法。分析钣金件弯曲变形过程并基于钣金件的几何结构和材料特性建立回弹前后中心角的变化模型。在此基础上提出叶片截面回弹补偿模型,并对辊轧叶片工艺模型截面进行回弹误差补偿。将回弹补偿后的叶片工艺模型截面线族绕轧辊轴线进行扇态分布并重构辊轧模具型腔。基于数值计算方法使用几何映射和回弹补偿设计的型腔对叶片辊轧成形过程进行模拟,并获得了相应的轧制成形叶片模型。结果表明,回弹补偿后的模具型腔能够有效提高叶片型面的成形精度,叶片成形误差缩小到原来的16.7%。本文研究内容为压气机无余量辊轧成形模具设计提供理论支撑,同时对不规则薄壁类结构塑性成形精度控制具有参考价值。

关键词：压气机叶片截面线回弹补偿轧辊模腔优化设计成形精度