(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 202111499110.3 (22)申请日 2021.12.09 (71)申请人 华东理工大 学 地址 200237 上海市徐汇区梅陇路13 0号 申请人 中国航发商用航空发动机有限责任 公司　 中国航发湖南动力机 械研究所 (72)发明人 张显程　刘长利　张成成　曾飞　 姚树磊　迟雨欣　刘爽　杨悦　 龚从扬　王宁　丁东红　涂善东　 (74)专利代理 机构 上海智信专利代理有限公司 31002 代理人 邓琪　熊俊杰 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01)G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种航空发动机叶片水射流强化设备的数 字孪生建模方法 (57)摘要 本发明涉及一种航空发动机叶片水射流强 化工艺的数字孪生 建模方法， 包括以下步骤： S1： 获取航空发动机叶片水射流强化设备的基础数 据、 工况及工艺参数； S2： 建立表面完整 性有限元 计算模型； S3： 监测水射流强化实体设备的工况 及工艺参数并检测水射流的强化效果； S4： 将监 测到的工况及工艺参数输入叶片表面完整性有 限元计算模型中， 得到强化效果； S5： 修正表面完 整性有限元计算模型， 最终形成完整的叶片水射 流强化工艺的数字孪生模型。 本发 明的航空发动 机叶片水射流强化设备的数字孪生建模方法， 将 数字孪生技术应用到叶片水射流强化设备上， 实 现水射流强化过程可视化、 实时监测、 高效检测、 有效预测。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 114139317 A 2022.03.04 CN 114139317 A 1.一种航空发动机叶片水射流强化工艺的数字孪生建模方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： S1： 获取航空发动机叶片水射 流强化设备的基础数据、 工况及工艺 参数； S2： 根据S1所获取的基础数据及工艺 参数， 建立表面完整性有限元计算模型； S3： 监测水射 流强化实体设备的工况及工艺 参数， 并检测水射 流的强化效果； S4： 将步骤S3监测到的工况及工艺参数输入所述表面完整性有限元计算模型中， 计算 得到水射 流的强化效果； S5： 对步骤S3检测到的强化效果与步骤S4计算得到的强化效果进行对比， 并根据对比 结果修正表面完整性有限元计算模型， 使所述对比结果满足预定精度要求， 最终形成完整 的叶片水射 流强化工艺的数字 孪生模型。 2.根据权利要求1所述的航空发动机叶片水射流强化工艺的数字孪生建模方法， 其特 征在于， 所述基础数据包括 航空发动机叶片模型和水射 流强化设备强化方式。 3.根据权利要求2所述的航空发动机叶片水射流强化工艺的数字孪生建模方法， 其特 征在于， 步骤S3中的工况包括机 械臂喷头位置信息和水箱液位。 4.根据权利要求3所述的航空发动机叶片水射流强化工艺的数字孪生建模方法， 其特 征在于， 所述工艺 参数包括水射 流喷射压力、 喷射距离、 移动速度和运动轨 迹。 5.根据权利要求4所述的航空发动机叶片水射流强化工艺的数字孪生建模方法， 其特 征在于， 步骤S2包括： 将航空发动机叶片模型导入有限元仿 真软件， 并将其置于一定深度的 介质水中， 再根据水射流喷射距离、 喷射压力、 移动速度对叶片施加等效的作用力， 最后输 入规划好的运动轨 迹， 并输出强化效果。 6.根据权利要求5所述的航空发动机叶片水射流强化工艺的数字孪生建模方法， 其特 征在于， 所述有限元仿真软件为Ansys或Abaqus。 7.根据权利要求1所述的航空发动机叶片水射流强化工艺的数字孪生建模方法， 其特 征在于， 所述强化效果包括表面残余应力和表面 粗糙度。 8.根据权利要求1所述的航空发动机叶片水射流强化工艺的数字孪生建模方法， 其特 征在于， 计算表面完整性有限元计算模型得到的强化效果与实际监测得到的强化效果之间 的误差系数， 若误差系 数小于5％， 则认为表面完整性有限元计算模型满足精度要求， 得到 数字孪生模 型； 反之， 则通过控制变量的方法找到问题 参数进行修正， 并重复步骤S3 ‑S5， 直 至误差系数满足精度要求为止， 此时修正后的表面完整性有限元计算模型为数字孪生模 型。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114139317 A 2一种航空发动机叶片水射流强化 设备的数字孪生建模方 法 技术领域 [0001]本发明涉及水射流强化领域， 更具体地涉及一种航空发动机叶片水射流强化设备 的数字孪生建模方法。 背景技术 [0002]水射流强化加工是一种利用液体射流对零件表面进行冲击强化的材料表面改性 技术， 通过高速射流对零件表面形成冲击， 使零件表面产生有益的残余应力， 从而提高零件 的耐疲劳性能， 最 终达到提高材料使用寿命的目的。 但是， 目前对航空发动机叶片的水射流 强化技术在研究发展阶段， 仍没有找到可以达到最佳强化效果的方案， 并且在探索工艺阶 段研究成本较高； 水射流强化加工设备由增压泵、 水管、 机械手、 喷嘴、 水箱构成， 对叶片的 加工质量不具备监测、 检测、 预测等功能， 并且仍缺少数据库记录相应的加工参数与对应强 化后叶片的表面质量， 无法根据所需目标加工质量选取相应加工参数。 因此， 如何建立高保 真的模型反应加工实况成为目前亟 待解决的问题。 [0003]数字孪生是充分利用物理模型、 传感器更新、 运行历史等数据， 集成多学科、 多物 理量、 多尺度、 多概率的仿真过程， 在虚拟空间中完成映射， 从而反映相对应的实体装备 的 全生命周期过程。 数字孪生最早起源于物理产品的全生命周期管理， 近年来， 随着各个国家 提出国家层面的制造转型战略， 作为智能制造中构建信息物理系统(CPS)的最佳实现技术， 数字孪生得到 了学术上的广泛关注并且在工业上有了越来越多的应用。 [0004]现有技术中， 数字孪生技术的研究大多针对于车间流水线的规划、 机床加工进程 等简单系统的优化和监控。 例如， 车间运行(陶飞,张萌,程江峰,戚庆林.数字孪生车间—— 一种未来车间运行新模 式[J].计算机集成制造系统,2017,23(01):1 ‑9.)、 生产管控(张新 生.基于数字孪生的车间管控系统的设计与实现[D].郑州大学,2018.)以及工艺规划等方 面。 目前还没有发现针对复杂机械系统的数字孪生技术的研究。 而航空发动机叶片水射流 强化设备属于复杂机械系统， 其数字孪生系统需要实时获取强化效果， 如残余应力、 表面粗 糙度等， 现有的数字孪生建模方法无法满足建立叶片水射流强化设备数字孪生系统的要 求。 发明内容 [0005]本发明的目的在于提供一种航空发动机叶片水射流强化设备的数字孪生建模方 法， 构建水射 流强化设备的数字 孪生模型， 实现监测工艺 参数、 检测强化效果的功能。 [0006]为实现上述目的， 本发明提供一种航空发动机叶片水射流强化设备的数字孪生建 模方法， 包括以下步骤： [0007]S1： 获取航空发动机叶片水射 流强化设备的基础数据、 工况及工艺 参数； [0008]S2： 根据S1所获取的基础数据及工艺 参数， 建立表面完整性有限元计算模型； [0009]S3： 监测水射 流强化实体设备的工况及工艺 参数， 并检测水射 流的强化效果； [0010]S4： 将步骤S3监测到的工况及工艺参数输入所述表面完整性有限元计算模型中，说　明　书 1/3 页 3 CN 114139317 A 3