一种低压涡轮导向器钎焊工艺多尺度仿真优化方法与流程

本发明涉及到一种航空发动机低压涡轮导向器钎焊工艺多尺度计算机数值模拟优化方法，属于焊接。

背景技术：

1、在传统的低压涡轮导向器钎焊工艺优化设计中，仍需根据低压涡轮导向器结构特性进行长时间的工艺参数探索试验，严重依赖以往大量经验积累，并且试验周期长、试验耗材成本高，需要耗费大量的人力物力。

2、计算机数值模拟已广泛运用于焊接分析。现有的成熟商用有限元模拟软件可以通过合适的二次开发，降低传统焊接工艺优化设计成本并提高工作效率。但同时现有的焊接过程的计算机数值模拟只针对于焊接过程的某单个尺度，仿真的精度有限，结果较为片面。

3、多尺度计算机数值模拟采用多个维度对同一物理过程进行分析，能够大大提高仿真精度。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种低压涡轮导向器钎焊工艺多尺度仿真优化方法，解决传统工艺设计流程中周期长、成本高的痛点，提高仿真结果的准确性。

2、为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种低压涡轮导向器钎焊工艺多尺度仿真优化方法，包括：

4、步骤1，低压涡轮导向器仿真建模，且将低压涡轮导向器仿真分析模型分为三个尺度：

5、第一尺度，对低压涡轮导向器整体结构建模获得低压涡轮导向器整体模型，用于验证低压涡轮导向器在现行钎焊工艺过程中的变形和应力分布规律；

6、第二尺度，对低压涡轮导向器局部叶片建模获得低压涡轮导向器局部叶片模型，用于验证不同钎焊工艺过程中变形和应力分布规律；

7、第三尺度，对钎焊焊缝建模获得焊缝流体模型，用于研究钎料涂覆量变化与钎料流动状态；

8、步骤2，对低压涡轮导向器整体模型、低压涡轮导向器局部叶片模型和焊缝流体模型进行局部加密处理，其中：

9、低压涡轮导向器整体模型和低压涡轮导向器局部叶片模型的网格薄壁结构处区域局部进行加密；

10、焊缝流体模型中焊缝及钎料涂覆区域局部进行加密；

11、步骤3，对低压涡轮导向器整体模型、低压涡轮导向器局部叶片模型和焊缝流体模型施加边界条件；

12、步骤4，获取材料数据库：采用试验方法、理论计算及文献资料获得低压涡轮导向器整体模型、低压涡轮导向器局部叶片模型和焊缝流体模型所需参数；

13、步骤5，采用上述建模方法构建获取的钎焊模型，加载待焊接零件模型（即分别加载待焊接低压涡轮导向器整体模型、低压涡轮导向器局部叶片模型和焊缝流体模型），对不同工艺参数焊接过程进行仿真，获取仿真数据，其中：

14、针对低压涡轮导向器整体模型和低压涡轮导向器局部叶片模型，采用热力耦合方法；

15、针对焊缝流体模型，采用流体仿真方法；

16、步骤6，对仿真结果进行分析，选出最佳钎焊夹具、最佳工艺参数和焊缝间隙。

17、作为一种选择，所述步骤1中：

18、低压涡轮导向器整体模型采用低压涡轮导向器的标准模型，并包含其钎焊过程所需全部必要附件模型；注：标准模型为设计图模型；

19、低压涡轮导向器局部叶片模型采用低压涡轮导向器的标准模型，且为标准模型的1/20～1/2均分模型；注：标准模型为设计图模型，均分模型是指平均等分模型，属于有限元分析中网格划分的常见方法。

20、作为一种选择，所述步骤2中：

21、低压涡轮导向器整体模型和低压涡轮导向器局部叶片模型的网格薄壁结构处区域局部进行加密，尺寸为最大网格尺寸的1/10～1/5；

22、焊缝流体模型中焊缝及钎料涂覆区域局部进行加密，尺寸为最大网格尺寸的1/10～1/5。

23、作为一种选择，所述步骤3中：

24、针对低压涡轮导向器整体模型：约束上、下夹具端面位置；零件与夹具接触位置设置面面接触类型，接触属性法向采用硬接触，切向采用罚函数，摩擦系数为0.01～0.30；真空环境换热方式采用辐射形式，辐射率为0.1～0.8，辐射率根据真空炉参数给定；

25、针对低压涡轮导向器局部叶片模型：约束上、下夹具端面位置；零件与夹具接触位置、叶片焊缝间隙区域设置面面接触类型，接触属性法向采用硬接触，切向采用罚函数，摩擦系数为0.01～0.30；其余非焊缝区域间隙采用tie绑定方式；真空环境换热方式采用辐射形式，辐射率为0.1～0.8，辐射率根据真空炉参数给定；

26、针对焊缝流体模型：焊缝钎料流动包括总体计算域及其截面、固态钎料涂覆区域和待焊接区域。

27、作为一种选择，所述步骤4中：

28、低压涡轮导向器整体模型和低压涡轮导向器局部叶片模型所需参数包括：密度、弹性模量、泊松比、屈服强度、塑性应变、热膨胀系数、导热率和比热容；

29、焊缝流体模型所需参数包括：密度、动力粘度、比热容、润湿接触角和表面张力。

30、作为一种选择，所述步骤5中，工艺参数包括夹具与零件间隙、夹具材料、钎焊温度、保温时间、叶片与支板装配间隙、焊缝间隙大小、均匀性和钎料涂覆情况。

31、作为一种选择，所述步骤6中，对焊接仿真结果采用顺序研究方法进行分析，首先在现有工艺下对低压涡轮导向器整体模型进行仿真研究，获取最佳钎焊夹具；然后采用最佳钎焊夹具引入低压涡轮导向器局部叶片模型钎焊仿真研究，获取最佳钎焊工艺参数；最后采用钎焊焊缝间隙钎料流动仿真确定焊缝间隙。注：这里的现有工艺是指仿真分析前针对低压涡轮导向器钎焊的已有工艺/传统工艺；钎焊焊缝间隙钎料流动仿真指的是整个仿真过程，即仿真结果的展示。

32、本发明采用计算机数值模拟的方法对低压涡轮导向器进行钎焊工艺仿真，避免了传统试验工艺优化设计周期长、成本高的缺点。

33、本发明创造性地提出了多尺度钎焊模拟手段（多尺度计算机数值模拟采用低压涡轮导向器整体、低压涡轮导向器局部叶片和焊缝三个维度对同一个钎焊物理过程进行分析），利用热力耦合外加流场仿真的方法较好地还原了低压涡轮导向器现场钎焊的工艺过程，提高了仿真的准确性。

1.一种低压涡轮导向器钎焊工艺多尺度仿真优化方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种低压涡轮导向器钎焊工艺多尺度仿真优化方法，其特征在于，所述步骤1中：

3.根据权利要求1所述的一种低压涡轮导向器钎焊工艺多尺度仿真优化方法，其特征在于，所述步骤2中：

4.根据权利要求1所述的一种低压涡轮导向器钎焊工艺多尺度仿真优化方法，其特征在于，所述步骤3中：

5.根据权利要求1所述的一种低压涡轮导向器钎焊工艺多尺度仿真优化方法，其特征在于，所述步骤4中：

6.根据权利要求1所述的一种低压涡轮导向器钎焊工艺多尺度仿真优化方法，其特征在于：所述步骤5中，工艺参数包括夹具与零件间隙、夹具材料、钎焊温度、保温时间、叶片与支板装配间隙、焊缝间隙大小、均匀性和钎料涂覆情况。

7.根据权利要求1所述的一种低压涡轮导向器钎焊工艺多尺度仿真优化方法，其特征在于：所述步骤6中，对焊接仿真结果采用顺序研究方法进行分析，首先在现有工艺下对低压涡轮导向器整体模型进行仿真研究，获取最佳钎焊夹具；然后采用最佳钎焊夹具引入低压涡轮导向器局部叶片模型钎焊仿真研究，获取最佳钎焊工艺参数；最后采用钎焊焊缝间隙钎料流动仿真确定焊缝间隙。