本文關(guān)鍵詞：基于焊接過程分析的葉片自動(dòng)焊接修復(fù)軌跡規(guī)劃，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)最為核心的零件,被譽(yù)為“心臟中的心臟”。葉片通常工作在高溫高壓的惡劣環(huán)境下,使用一段時(shí)間之后,可能會(huì)出現(xiàn)不同程度的缺陷和損傷,如裂紋、磨損、腐蝕和蠕變縮孔等。在發(fā)動(dòng)機(jī)維修手冊(cè)中,推薦對(duì)有修復(fù)價(jià)值的葉片利用高能束焊接對(duì)其進(jìn)行堆焊修復(fù),但對(duì)焊接修復(fù)后葉片的強(qiáng)度、尺寸精度、抗疲勞等性能要求十分苛刻。因此,需要可靠的自動(dòng)焊接裝備用于葉片的維修。由于葉片復(fù)雜的曲面形狀,需要自動(dòng)焊接裝備能夠直接對(duì)葉片的參數(shù)化曲線曲面進(jìn)行插補(bǔ)。目前,葉片的參數(shù)化曲線曲面表示常用非均勻有理B樣條(Non-Uniform Rational B-Spline,簡稱NURBS)進(jìn)行表示。NURBS具有設(shè)計(jì)靈活、算法穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),在眾多參數(shù)曲線中脫穎而出,它使得有關(guān)曲線曲面的設(shè)計(jì)、分析與計(jì)算達(dá)到了很高的水平,大大加速了其在機(jī)械加工領(lǐng)域的應(yīng)用。NURBS這一先進(jìn)技術(shù)已成為研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。論文提出的利用葉片的焊接過程分析對(duì)焊接速度進(jìn)行優(yōu)化的方法,可以獲得較好的焊接速度,減小焊接殘余應(yīng)力和焊接變形,同時(shí)作為焊接路徑規(guī)劃的一個(gè)依據(jù)。提出的結(jié)合弓高誤差和泰勒公式的NURBS曲線插補(bǔ)技術(shù),可以直接表達(dá)復(fù)雜的葉片焊接路徑曲線,并對(duì)路徑進(jìn)行自動(dòng)插補(bǔ),提高葉片焊接的精度,也可以提高CNC系統(tǒng)的軌跡表達(dá)能力和插補(bǔ)能力。主要工作:對(duì)葉片進(jìn)行三維建模和相關(guān)處理,之后對(duì)處理的葉片模型進(jìn)行焊接過程仿真,分析溫度場和應(yīng)力場的結(jié)果,結(jié)合葉片材料的Goodman曲線,優(yōu)化焊接參數(shù),獲得最優(yōu)的焊接速度;通過NURBS曲線數(shù)學(xué)模型,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和優(yōu)化的焊接速度,建立復(fù)雜的葉片焊接路徑曲線;利用焊接速度和泰勒展開法對(duì)曲線參數(shù)進(jìn)行密化,得到參數(shù)增量,通過參數(shù)增量逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接路徑的曲線插補(bǔ)過程,最終獲得路徑曲線上每個(gè)點(diǎn)與參數(shù)或時(shí)間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,完成軌跡規(guī)劃。通過Simufact-welding對(duì)葉片進(jìn)行三維焊接仿真模擬,最后利用Matlab模擬曲線插補(bǔ)過程,分析插補(bǔ)精度和參數(shù)增量的關(guān)系,對(duì)比泰勒展開法和利用弓高誤差修正的泰勒展開法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證利用弓高誤差修正的泰勒展開法具有較高的軌跡特征,并最終獲得軌跡規(guī)劃曲線。
【關(guān)鍵詞】：堆焊 軌跡規(guī)劃 NURBS 速度優(yōu)化 航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片
【學(xué)位授予單位】：河北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V263;TG409
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-21
• 1.1 課題來源、研究背景及意義9-11
• 1.1.1 課題來源9
• 1.1.2 課題研究背景及意義9-11
• 1.2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的特性11-12
• 1.3 葉片焊接修復(fù)現(xiàn)狀12-15
• 1.4 軌跡規(guī)劃技術(shù)研究現(xiàn)狀15-19
• 1.5 論文的主要研究內(nèi)容19-21
• 第二章 NURBS曲線數(shù)學(xué)模型21-29
• 2.1 引言21
• 2.2 NURBS曲線原理21-26
• 2.2.1 NURBS曲線數(shù)學(xué)定義21-24
• 2.2.2 NURBS曲線求值24-25
• 2.2.3 NURBS曲線求導(dǎo)25-26
• 2.3 NURBS曲線節(jié)點(diǎn)矢量26-27
• 2.4 本章小結(jié)27-29
• 第三章 基于焊接過程分析的速度優(yōu)化29-49
• 3.1 引言29
• 3.2 焊接過程有限元分析理論29-30
• 3.3 焊接溫度場理論基礎(chǔ)30-33
• 3.3.1 焊接溫度場熱源模型分析30-31
• 3.3.2 焊接溫度場基本方程31-33
• 3.4 應(yīng)力場理論基礎(chǔ)33-34
• 3.5 焊接殘余應(yīng)力和焊接變形的產(chǎn)生及其危害34-36
• 3.6 葉片的焊接過程分析及焊接參數(shù)優(yōu)化36-47
• 3.6.1 葉片的焊接過程分析36-39
• 3.6.2 焊接過程分析結(jié)果39-43
• 3.6.3 焊接過程分析結(jié)果處理43-44
• 3.6.4 基于焊接結(jié)果分析的參數(shù)優(yōu)化44-47
• 3.7 本章小結(jié)47-49
• 第四章 基于NURBS的葉片焊接路徑規(guī)劃49-59
• 4.1 引言49
• 4.2 反求NURBS曲線方程49-54
• 4.2.1 反求節(jié)點(diǎn)矢量49
• 4.2.2 反求基函數(shù)49-51
• 4.2.3 反求控制頂點(diǎn)51-53
• 4.2.4 曲線擬合及誤差分析53-54
• 4.3 焊接路徑的NURBS曲線表示54-58
• 4.3.1 計(jì)算焊接路徑曲線54-57
• 4.3.2 計(jì)算焊接路徑曲線的NURBS方程57-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 第五章 基于目標(biāo)速度約束的葉片焊接軌跡規(guī)劃59-73
• 5.1 引言59
• 5.2 NURBS實(shí)時(shí)插補(bǔ)算法59-61
• 5.3 焊接路徑的曲線插補(bǔ)及誤差計(jì)算61-65
• 5.3.1 焊接路徑的曲線插補(bǔ)61-62
• 5.3.2 焊接路徑的誤差計(jì)算62-65
• 5.4 基于誤差的速度自適應(yīng)算法65-66
• 5.5 基于目標(biāo)速度約束的軌跡規(guī)劃66-71
• 5.6 本章小結(jié)71-73
• 第六章 總結(jié)與展望73-75
• 6.1 總結(jié)73
• 6.2 展望73-75
• 參考文獻(xiàn)75-81
• 附錄A81-85
• 攻讀碩士學(xué)位期間所取得的相關(guān)科研成果85-87
• 致謝87

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