本發(fā)明屬于航空航天發(fā)動機，具體涉及一種壓氣機葉片銑削加工-激光-噴丸強化-壽命一體化設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

1、壓氣機葉片作為航空發(fā)動機及燃氣輪機的重要承力部件，被列為軍用發(fā)動機的關(guān)鍵件，其在服役過程中長時間承受離心載荷與振動載荷的共同作用，疲勞斷裂是其主要的失效模式。國內(nèi)外多起事故均由疲勞裂紋從葉片表面萌生引起，為此，開展銑削加工后壓氣機葉片表面完整性特征表征，必要時引入激光-噴丸強化工藝以消除銑削加工引起的刀痕等缺陷，是提高零件抗疲勞性能的主要途徑。此外，壓氣機葉片一般采用薄壁結(jié)構(gòu)，葉身型面多為自由面，且作為冷端部件材料常采用鈦合金等難加工材料，在加工時極易產(chǎn)生變形。因此還需對其變形誤差進行嚴格控制?？紤]到表面完整性表征及疲勞試驗成本高、周期長，有必要開展銑削加工、噴丸強化、激光強化以及激光-噴丸復合強化工藝模擬，量化不同工藝狀態(tài)下葉片關(guān)鍵部位表面完整性特征分布規(guī)律，建立考慮表面完整性特征影響的疲勞壽命預測模型，據(jù)此開展以壽命為目標的銑削加工及激光-噴丸強化工藝一體化設(shè)計，獲取最佳的銑削加工及激光-噴丸強化工藝參數(shù)同時滿足葉片變形誤差要求。

2、中國專利申請cn201110359576.3《基于球頭銑削加工的工件三維表面形貌的仿真方法》通過對刀刃在加工過程中的運動學描述，將三維表面形貌用離散點云數(shù)據(jù)表達。雖然能夠較為精確地模擬銑削后三維表面形貌，但其無法描述銑削加工引入的殘余應力場，影響后續(xù)復合強化過程初始狀態(tài)的應力分布。

3、中國專利申請cn201910887404.x《一種激光強化與噴丸強化優(yōu)化組合的強化方法》將激光強化與噴丸強化工藝組合，對鈦合金試驗件進行強化，尋找最優(yōu)參數(shù)組合。但是該方法屬于唯象方法，需要設(shè)置大量試驗，周期長，成本高。

4、中國專利申請cn202010168795.2《一種基于bp神經(jīng)網(wǎng)絡的噴丸強化表面完整性預測方法》通過神經(jīng)網(wǎng)絡訓練噴丸強化的試驗數(shù)據(jù)，輸入為噴丸強化工藝參數(shù)，輸出為殘余應力以及表面粗糙度，建立了噴丸強化殘余應力及表面粗糙度的代理模型。其缺點是訓練模型的精度受到試驗數(shù)據(jù)的限制，針對不同材料的適用較差。

5、現(xiàn)有文獻《基于遺傳算法的帶筋壁板條帶激光噴丸成形工藝優(yōu)化研究》結(jié)合激光噴丸成形帶筋壁板有限元模型，提出了一種基于遺傳算法的條帶激光噴丸工藝參數(shù)優(yōu)化方法。遺傳算法作為全局性概率搜索方法尋優(yōu)不依賴于函數(shù)梯度，但在進行細節(jié)優(yōu)化時存在效率較低的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有方法的不足，本發(fā)明提供一種壓氣機葉片銑削加工-激光-噴丸強化-壽命一體化設(shè)計方法，為航空發(fā)動機壓氣機葉片銑削加工及激光-噴丸強化工藝參數(shù)的選擇提供參考。

2、為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種壓氣機葉片銑削加工-激光-噴丸強化-壽命一體化設(shè)計方法，針對銑削加工及激光-噴丸強化過程進行仿真模擬，實現(xiàn)對表面完整性特征和葉片加工變形的準確計算，構(gòu)建工藝參數(shù)-表面完整性特征神經(jīng)網(wǎng)絡代理模型，實現(xiàn)表面完整性特征的高效計算?？紤]到葉片加工誤差限制，通過多島遺傳-nlpqlp組合優(yōu)化算法對銑削加工及激光-噴丸強化工藝參數(shù)進行優(yōu)化，得到最優(yōu)的工藝參數(shù)組合。具體實現(xiàn)步驟如下：

4、步驟（1）：基于壓氣機葉片材料的率相關(guān)本構(gòu)模型，開展壓氣機葉片關(guān)鍵部位銑削加工及激光-噴丸強化工藝數(shù)值模擬，實現(xiàn)銑削加工及激光-噴丸強化工藝后表面完整性特征和葉片變形的準確量化；所述關(guān)鍵部位為葉片最大應力點位置；所述率相關(guān)本構(gòu)模型為高應變率本構(gòu)模型，用來描述銑削加工及激光-噴丸強化過程中材料的高應變率、大塑性變形行為；所述表面完整性特征包括殘余應力、表面粗糙度；

5、步驟（2）：搭建銑削加工及激光-噴丸強化仿真模擬自動化流程，在特征空間中抽樣，構(gòu)建工藝參數(shù)-表面完整性特征數(shù)據(jù)庫；進一步建立工藝參數(shù)-表面完整性特征神經(jīng)網(wǎng)絡，實現(xiàn)表面完整性特征高效計算；所述特征空間根據(jù)工程常用工藝參數(shù)范圍確定；所述銑削加工的工藝參數(shù)包括給進量、銑削速度、銑削寬度、背吃刀量；所述激光-噴丸強化的工藝參數(shù)包括激光強化工藝參數(shù)和噴丸強化工藝參數(shù)；所述神經(jīng)網(wǎng)輪通過訓練自動化流程生成的工藝參數(shù)與表面完整性特征獲得；

6、步驟（3）：利用多島遺傳-nlpqlp組合優(yōu)化算法在特征空間中尋優(yōu)，進行銑削加工及激光-噴丸強化工藝參數(shù)優(yōu)化，獲得最優(yōu)工藝參數(shù)。

7、進一步地，所述步驟（1）中，仿真模擬的具體步驟如下：

8、步驟1.1建立葉片材料率相關(guān)本構(gòu)如johnson-cook高應變率本構(gòu)模型模擬高應變率下應力與應變的關(guān)系，建立損傷模型如johnson-cook損傷模型模擬切屑分離的過程；

9、步驟1.2建立葉片銑削三維模型，將步驟1.1中建立率相關(guān)本構(gòu)模型及損傷模型集成至abaqus數(shù)值仿真軟件實現(xiàn)銑削加工模擬，通過python命令流提取表面完整性特征；

10、步驟1.3將步驟1.2提取的表面完整性特征導入到激光-噴丸強化仿真模型中作為初始狀態(tài)，開展激光-噴丸強化仿真模擬；

11、進一步地，所述步驟（2）中，自動化流程的具體步驟如下：

12、步驟2.1控制程序接收更新的幾何模型文件和待模擬的銑削加工及激光-噴丸強化工藝參數(shù)數(shù)據(jù)，將工藝參數(shù)數(shù)據(jù)寫入交互文件，準備給子程序讀取?？刂瞥绦騿觩ython命令腳本，運行abaqus仿真軟件，進行模型剖分、邊界條件定義、網(wǎng)格劃分。根據(jù)銑削參數(shù)求解葉片機加表面初始殘余應力場，調(diào)用程序修改inp文件，調(diào)用激光加載子程序，設(shè)置噴丸參數(shù)進行仿真，從交互文件讀取工藝參數(shù)，生成新載荷并進行模擬。利用python命令腳本讀取結(jié)果文件，根據(jù)后處理命令提取包括殘余應力、粗糙度的表面完整性參數(shù)并輸出結(jié)果；

13、步驟2.2在設(shè)計空間中，對銑削加工及激光-噴丸強化工藝參數(shù)進行抽樣，經(jīng)過步驟2.1得到相應的表面完整性特征，將銑削加工及激光-噴丸強化工藝參數(shù)作為輸入，表面完整性特征作為輸出，利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練，得到銑削加工及激光-噴丸強化工藝參數(shù)-表面完整性特征神經(jīng)網(wǎng)絡代理模型；

14、進一步地，所述步驟（3）中，優(yōu)化流程的具體步驟如下：

15、步驟3.1利用多島遺傳算法將在設(shè)計空間內(nèi)對最優(yōu)解進行粗略定位，最優(yōu)個體或者最優(yōu)種群作為粗略定位的最優(yōu)解，以及對應的優(yōu)化值f()。

16、步驟3.2將多島遺傳算法的優(yōu)化值作為nlpqlp數(shù)值算法的初始值，使用nlpqlp數(shù)值算法（如基于梯度的優(yōu)化方法或者求解器）進一步優(yōu)化最優(yōu)解，以提高工藝參數(shù)的優(yōu)化精度和滿足約束條件，得到最終的優(yōu)化解，以及對應的優(yōu)化值f()。

17、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比的有益效果在于：

18、（1）本發(fā)明模擬了銑削加工激光-噴丸強化過程殘余應力分布及表面粗糙度，貼近真實工藝流程，提高對表面完整性特征模擬計算的精度。

19、（2）本發(fā)明通過神經(jīng)網(wǎng)絡建立工藝參數(shù)-表面完整性特征之間的映射關(guān)系，適用于不同材料表面完整性特征的高效計算。

20、（3）本發(fā)明可以量化銑削加工及激光-噴丸強化工藝參數(shù)對葉片變形和疲勞壽命的影響，獲取葉片變形誤差內(nèi)最優(yōu)的銑削加工及激光-噴丸強化工藝參數(shù)組合。

21、（4）i-ga和nlpqlp組合算法相較于傳統(tǒng)的遺傳算法，在處理眾多工藝參數(shù)時能夠提供更好的全局搜索能力、更高的求解精度和更有效的約束處理能力。