(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111554475.1 (22)申请日 2021.12.17 (71)申请人 山西大学 地址 030006 山西省太原市坞城路9 2号 (72)发明人 崔康　荆琳　于龙女　高萧　 (74)专利代理 机构 太原申立德知识产权代理事 务所(特殊普通 合伙) 14115 代理人 张向莹 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06N 3/12(2006.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种精铸空心涡轮叶片型壳内部陶芯定位 布局优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种精铸空心涡轮叶片型壳 内部陶芯定位布局优化方法， 属于航空发动机空 心涡轮叶片精密铸造技术领域。 针对目前因浇铸 过程陶芯位置漂移引起的航空发动机空心涡轮 叶片壁厚尺 寸超差问题， 从叶片型壳内部陶芯装 夹工艺过程入手， 分析金属浇铸液流场对陶芯型 面冲压载荷以及精铸过程陶芯漂移情况， 并在此 基础上构建型壳内部陶芯辅助定位铂金丝定位 布局优化方法， 最终通过限制浇铸过程陶芯漂 移， 达到了空心涡轮叶片壁厚精度精确控制的目 的。 具体通过计算金属浇铸液在陶芯表面节点施 加的压强值、 对陶芯型面冲压载荷； 构造陶芯表 面定位方案集合， 利用启发式算法在陶芯表面定 位方案集合中， 搜索精铸过程陶芯漂移量最小的 铂金丝定位方案 。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 114218711 A 2022.03.22 CN 114218711 A 1.一种精铸空心涡轮叶片型壳内部陶芯定位布局优化方法， 其特征在于： 包括以下步 骤： 步骤1， 基于流体仿真计算平台计算叶片浇铸过程中金属浇铸液在陶芯表面形成的节 点压强值； 步骤2， 基于节点压强值及陶芯型面几何信息计算浇铸过程中金属浇铸液对陶芯型面 冲压载荷； 步骤3， 在陶芯表面确定定位布局候选区并在每个候选区选取铂金丝辅助定位候选点， 进而构造陶芯表面定位方案集 合； 步骤4， 以金属浇铸液对陶芯型面冲压载荷为输入条件， 利用遗传算法及运动仿真计算 平台， 在陶芯表面定位方案集 合中搜索精铸过程中陶芯漂移量 最小的铂金丝 定位方案 。 2.根据权利要求1所述的一种精铸空心涡轮叶片型壳内部陶芯定位布局优化方法， 其 特征在于： 所述步骤1， 基于流体仿真计算平台计算叶片 浇铸过程金属浇铸液在陶芯表面形 成的节点压强值， 具体方法为： 首先， 在三维绘图软件中对叶片及陶芯进行建模； 随后在HyperMesh进行有限元网格划 分； 之后将叶片及陶芯有限元模 型导入流体仿 真计算平台A NSYS， 结合叶片 浇铸工艺参数对 叶片浇铸过程进行仿真计算， 获取不同时刻陶芯表面各网格中心 节点压强值。 3.根据权利要求2所述的一种精铸空心涡轮叶片型壳内部陶芯定位布局优化方法， 其 特征在于： 所述步骤2， 基于节点压强值及陶芯型面几何信息计算浇铸过程金属浇铸液对陶 芯型面冲压载荷， 还 包括以下步骤： 步骤2.1： 提取出型腔内表面与陶芯接触区域三角形单元i对应 中心点的坐标及其压强 值； 步骤2.2： 将 任意单元中心点压强pi与该单元面积SΔ的乘积作为该三角形单元上的等效 力fi： fi＝pi×SΔ                     (1) 步骤2.3： 通过NX运动仿真平台二次开发从几何模型中提取三角单元中心点法向矢量 ni， 获得浇铸液与陶芯接触区域 三角形单元i上的等效力矢量fi： fi＝fini                       (2) 步骤2.4： 将浇铸液与陶芯接触区域各三角形单元i上的等效力矢量fi合成到陶芯的质 心C处， 即求出 该时刻浇铸液作用在陶芯上的合力FC及合力矩MC: ∑fi＝FC ∑fini＝MC                   (3) 4.根据权利要求3所述的一种精铸空心涡轮叶片型壳内部陶芯定位布局优化方法， 其 特征在于： 所述步骤3， 在陶芯表面确定定位布局候选区并在每个候选区选取铂金丝辅助定 位候选点， 进 而构造陶芯表面定位方案集 合， 具体过程如下： 首先， 在陶芯表面确定2m个定位候选区， 叶盆面2m‑1个， 叶背面2m‑1个； 之后在每个候选区 域选取2n‑1个定位候选点作为铂金丝定位位置， 其中m和n均为大于1的正整数； 假设在每个 定位区域 安置一个或零个铂金丝 辅助定位元件， 则共生成2m×n种陶芯表面定位方案 。 5.根据权利要求4所述的一种精铸空心涡轮叶片型壳内部陶芯定位布局优化方法， 其 特征在于： 所述步骤4， 以金属浇铸液对陶芯型面冲压载荷为输入条件， 利用遗传算法及运权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114218711 A 2动仿真计算平台， 在陶芯表面定位方案集合中搜索精铸过程陶芯漂移量最小的铂金丝定位 方案， 具体为优化型壳内部陶芯辅助定位铂金丝布局， 创建遗传求解策略， 还包括以下步 骤： 步骤4.1： 创建精铸过程陶芯漂移运动仿真模型， 根据陶芯与型壳装配关系， 在NX运动 仿真平台上建立陶芯漂移仿真模型， 并将金属浇铸液陶芯冲压载荷作为输入条件， 同时在 陶芯边缘位置创建四个点用来追踪陶芯漂移量； 步骤4.2： 生成定位方案初始种群， 对每个区域的铂金丝定位方案进行二进制编码， 由 于每个区域存在2n‑1候选点， 而每个区域仅设一个或零个定位点， 因此用n位二进制数表示 每个区域的定位方案， 而由于陶芯表面共设有2m个定位区域， 因此用n ×2m位二进制数表示 陶芯表面铂金丝辅助定位方案， 即每种定位方案即种群个体用此n ×2m位二进制数表示， 另 外， 随机生成N个种群 个体作为初代种群； 步骤4.3： 评估种群个体， 根据每个种群编码信息， 获取每个种群个体所代表定位方案 中区域定位点的排序， 并根据该排序确定定位点坐标； 将铂金丝移动到相应的坐标位置处， 并对该种布局方案下陶芯受力运动漂移进行分析； 之后， 根据漂移量计算个 体适应度； 步骤4.4： 选择运算， 将种群个体的个体适应度从大到小排序， 在种群中挑选N/2对个 体， 获取个 体适应度较大的个 体到下一代种群； 步骤4.5： 交叉及变异运算， 对选择到每一对种群个体的二进制编码进行交叉运算； 之 后， 对交叉运 算后每一个 个体的二进制进行变异运 算； 步骤4.6:种群更新， 在变异后的种群以及初始种群中分别选取适应度最大的N ‑2个和2 个个体作为下代种群， 重复步骤4.3～4.6； 步骤4.7： 设置最大迭代次数， 当迭代次数超过 预设最高迭代次数时， 计算终止 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114218711 A 3