[发明专利]一种叶片榫齿缓进深切成形磨削残余应力预测方法

权利要求书

1.一种叶片榫齿缓进深切成形磨削残余应力预测方法，其特征在于，首先，应用三维设计软件建立涡轮叶片榫齿三维模型，将生成的三维模型另存实体模型输出格式，并将其导入有限元软件中，建立叶片榫齿的有限元模型。按有限元软件要求输入镍基高温合金等叶片榫齿材料属性，并进行单元类型选取和网格划分。随后，进行叶片榫齿缓进深切成形磨削温度有限元分析和磨粒-工件界面接触压力计算。最后，基于以上热分析以及接触压力计算结果，进行磨削残余应力的热-应力耦合仿真计算。

2.根据权利要求1所述的叶片榫齿缓进深切成形磨削残余应力预测方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、航空发动机叶片榫齿有限元建模：叶片榫齿三维建模，是使用三维设计软件建立叶片榫齿实体模型，并将生成的模型导入有限元仿真软件；叶片榫齿模型材料属性赋值，包括按有限元仿真软件要求输入温度计算与应力计算相关的材料属性；叶片榫齿模型有限元网格建模，包括单元类型选取和网格划分；

步骤二、叶片榫齿缓进深切成形磨削温度计算：对榫齿模型表面施加热流量和对流换热量，进行缓进深切成形磨削叶片榫齿的磨削温度仿真计算，获得磨削过程中榫齿的温度分布；

步骤三、磨粒-工件界面接触压力计算：基于磨削弧区有效磨粒与工件材料之间的接触压力作用模型，根据磨粒数，磨粒尺寸和磨削力计算出接触压力；

步骤四、叶片榫齿缓进深切成形磨削残余应力仿真计算：磨削温度与磨粒-工件界面接触压力之间热力耦合作用形成的残余应力计算是在磨削温度仿真计算的基础上，耦合有效磨粒与工件材料之间的接触压力，通过有限元仿真软件计算缓进深切成形磨削叶片榫齿的残余应力，从而获得磨削表面的残余应力分布，待计算完成后查看计算的残余应力结果。

3.根据权利要求1所述的叶片榫齿缓进深切成形磨削残余应力预测方法，其特征在于：在步骤二中温度场热源模型，根据单颗磨粒切厚的形状，单颗磨粒切厚从切入区到切出区逐渐增加，选择的是三角形热源，其定义式为：

4.根据权利要求1所述的叶片榫齿缓进深切成形磨削残余应力预测方法，其特征在于：在步骤一中，所述的材料属性是密度、比热容、导热率、热膨胀系数、弹性模量、泊松比、屈服强度、切向模量。

5.根据权利要求1所述的叶片榫齿缓进深切成形磨削残余应力预测方法，其特征在于：在步骤三中，施加磨粒-工件界面接触压力时在工件表面选取随机单元，以此来模拟磨粒和工件之间的相互作用；首先计算随机单元表面的磨削力，将实验测得的磨削力除以磨削弧区磨粒的个数，得到每个磨粒受到的作用力，如式(3)：

其中F_n与F_t分别为磨削实验中实际测量的切向与法向磨削力，N为磨削弧区的磨粒数量，F_n’与F_t’分别为单个磨粒受到的切向与法向磨削力；

因磨削力应以压强的形式施加，随后需将单个磨粒受到的作用力再除以磨粒的受力面积A_CS，最终得到施加在单元表面的接触压力，如式(4)：

其中P_n与P_t分别为施加在单元表面的法向压力和切向压力。

6.根据权利要求1所述的叶片榫齿缓进深切成形磨削残余应力预测方法，其特征在于：在步骤一中，叶片榫齿模型有限元网格建模，包括单元类型选取和网格划分；该网格单元类型选取分为两类，其一是在热计算中使用的实体单元，其二是在应力计算中使用的实体单元；网格划分要兼顾计算量和计算精度的要求，合理控制网格划分密度，对关键部位进行网格细化，实现镍基高温合金等航空发动机叶片榫齿网格划分的精度的合理分布。

7.根据权利要求1所述的叶片榫齿缓进深切成形磨削残余应力预测方法，其特征在于：在步骤四中，计算完成后，查看叶片榫齿残余应力结果时，由于榫齿最上层材料被砂轮挤压且为材料去除区域，所以需隐藏榫齿最上层网格单元，其中单元厚度为磨削深度。