本文關(guān)鍵詞：面向航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片頂端修復(fù)的曲面再生算法與誤差分析

  更多相關(guān)文章： 磨損葉片修復(fù) 曲面延拓 幾何連續(xù)性 B樣條曲線曲面 誤差分析

【摘要】：在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中,葉片是壓縮機(jī)和渦輪機(jī)的核心組件,苛刻運(yùn)行環(huán)境造成葉片嚴(yán)重磨損、扭曲、裂紋、凹坑等缺陷。由于葉片形狀的微小改變會(huì)直接導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行,缺陷葉片的精密修復(fù)就成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)保障其高性能的關(guān)鍵因素。目前葉片修復(fù)工作主要集中在頂端磨損、崩口、葉面磨損等缺陷,其中葉片頂端磨損尤其是扭曲葉片的頂端磨損是急需解決的關(guān)鍵。本論文針對(duì)扭曲葉片頂端磨損缺陷的修復(fù)問(wèn)題,開(kāi)展精密修復(fù)過(guò)程中所需的葉片曲面模型重構(gòu)研究,提出基于遺傳算法的扭曲葉片非磨損域曲面重構(gòu)和基于G2曲面連續(xù)的葉片頂端曲面再生等方法,為葉片修復(fù)過(guò)程中的精密加工路徑的生成提供相應(yīng)的曲面模型,解決各自葉片形體精密修復(fù)的參考模型構(gòu)建難題,有利于促進(jìn)資源的再利用和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。本文的主要內(nèi)容包括如下幾個(gè)方面：1)較為全面地調(diào)研了航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片修復(fù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和存在的難題。航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片修復(fù)以葉片頂端磨損缺陷的修復(fù)居多,國(guó)外對(duì)于此類(lèi)缺陷的直葉片修復(fù)已較為成熟,但對(duì)于扭曲葉片頂端磨損域的精密修復(fù)問(wèn)題仍然未有很好的解決途徑。由于葉片的制造誤差和使用過(guò)程中易發(fā)生變形等原因,使葉片原設(shè)計(jì)階段的曲面模型不再適用于修復(fù)階段,精密重建和再生修復(fù)葉片的磨損域曲面模型,成為扭曲葉片修復(fù)加工成型的重要環(huán)節(jié)。2)針對(duì)葉片頂端磨損域邊界附近的未磨損域曲面模型重構(gòu)問(wèn)題,提出基于迭代的扭曲葉片未磨損域曲面重構(gòu)方法。該方法首先對(duì)截面測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)正處理,推導(dǎo)出閉合B樣條曲線G2連續(xù)的表達(dá)式,以此構(gòu)建迭代插值法計(jì)算其控制點(diǎn),擬合出葉片截面輪廓線,并由此構(gòu)建出基于B樣條曲面的葉片未磨損域的曲面模型。重構(gòu)曲面的擬合平均誤差約為0.0325mm。為進(jìn)一步提高曲面重構(gòu)精度,本文提出基于遺傳算法的扭曲葉片未磨損域曲面重構(gòu)方法。該方法運(yùn)用遺傳算法進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)參數(shù)化和節(jié)點(diǎn)矢量的配置,用最小二乘逼近法計(jì)算其控制點(diǎn),無(wú)需對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行精簡(jiǎn)或施加人為約束,擬合的平均誤差僅為0.003451mm,擬合精度顯著提高。3)基于葉片未磨損域的曲面重構(gòu)模型,重點(diǎn)研究磨損葉片頂端的曲面模型再生問(wèn)題,提出基于最小能量法的B樣條曲面再生方法。該方法沿葉片葉高方向,通過(guò)B樣條曲線延拓算法延拓出磨損域的對(duì)應(yīng)控制點(diǎn),構(gòu)建基于最小能量法的節(jié)點(diǎn)矢量,進(jìn)而再生出磨損域的B樣條曲面模型,同時(shí)保證延拓曲面的光順性。通過(guò)葉片延拓再生模型與原始葉片模型(保留了磨損域的模型)的截面線誤差比較分析,發(fā)現(xiàn)延拓的曲面模型誤差較大,且隨葉片未磨損域的截面線上測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)的間距、延拓距離、葉片扭曲度的增加而增加,延拓精度需進(jìn)一步提高。4)考慮到葉片延拓模型的曲面連續(xù)性要求及控制延拓誤差的問(wèn)題,提出基于G0曲面連續(xù)的B樣條曲面延拓再生算法。該方法充分考慮到扭曲葉片曲面各橫向截面輪廓線曲率變化較大的特點(diǎn),確定相鄰B樣條曲面的G0、G1、G0連續(xù)的邊界條件,推導(dǎo)出磨損曲面控制點(diǎn)的求解方法,使各系數(shù)分別由G1、G0連續(xù)性確定,并由一個(gè)形狀參數(shù)a,進(jìn)行調(diào)整。該方法能夠保證延拓曲面的G0連續(xù),可保證后續(xù)加工路徑的生成,延拓曲面模型的誤差明顯減小。5)在上述算法研究基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)出面向修復(fù)的扭曲葉片頂端磨損曲面模型重建原型系統(tǒng)。該系統(tǒng)運(yùn)用Visual C++6.0開(kāi)發(fā)平臺(tái)和OpenGL三維圖形技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn),具有葉片非修復(fù)域曲面模型重構(gòu)、磨損域曲面再生、及曲面模型的IGES文件輸出等功能,可為精密修復(fù)過(guò)程加工代碼的生成提供所需的葉片頂端曲面模型。
【關(guān)鍵詞】：磨損葉片修復(fù) 曲面延拓 幾何連續(xù)性 B樣條曲線曲面 誤差分析
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：V232.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 緒論15-36
• 1.1 研究背景和意義15-18
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-33
• 1.2.1 葉片修復(fù)中的模型重構(gòu)18-27
• 1.2.2 曲面重構(gòu)與延拓27-32
• 1.2.3 研究思路32-33
• 1.3 本課題來(lái)源及論文主要章節(jié)內(nèi)容介紹33-36
• 1.3.1 課題來(lái)源33
• 1.3.2 論文主要章節(jié)內(nèi)容33-36
• 第二章 基于迭代算法的扭曲葉片曲面重構(gòu)36-56
• 2.1 非均勻B樣條曲線36-40
• 2.1.1 非均勻B樣條曲線的定義和性質(zhì)36-37
• 2.1.2 節(jié)點(diǎn)矢量的確定37-38
• 2.1.3 B樣條曲線導(dǎo)矢的計(jì)算38-39
• 2.1.4 曲線的幾何連續(xù)性39-40
• 2.2 基于迭代算法的曲面重構(gòu)算法40-54
• 2.2.1 葉片曲面輪廓數(shù)據(jù)預(yù)處理42-46
• 2.2.2 基于G~2連續(xù)閉合B樣條曲線迭代擬合算法的控制點(diǎn)計(jì)算46-52
• 2.2.3 U、V防向節(jié)點(diǎn)矢量的確定52-53
• 2.2.4 B樣條曲面擬合53-54
• 2.3 曲面重構(gòu)實(shí)例與誤差分析54-55
• 本章小結(jié)55-56
• 第三章 基于遺傳算法的扭曲葉片曲面重構(gòu)56-68
• 3.1 遺傳算法的基本步驟56-57
• 3.2 基于遺傳算法的曲面重構(gòu)算法與求解57-64
• 3.2.1 數(shù)據(jù)點(diǎn)測(cè)量及參數(shù)設(shè)定59
• 3.2.2 曲面數(shù)據(jù)點(diǎn)的參數(shù)化59-60
• 3.2.3 節(jié)點(diǎn)矢量的計(jì)算60-61
• 3.2.4 控制點(diǎn)的計(jì)算61-63
• 3.2.5 曲面重構(gòu)63-64
• 3.3 重構(gòu)曲面的誤差分析64-67
• 3.3.1 與imageware計(jì)算誤差比較64-65
• 3.3.2 三種葉片重構(gòu)誤差對(duì)比65-67
• 本章小結(jié)67-68
• 第四章 基于最小能量法的扭曲葉片磨損曲面再生68-83
• 4.1 扭曲葉片頂端磨損區(qū)域的曲面再生算法68-77
• 4.1.1 目標(biāo)控制點(diǎn)生成算法70-72
• 4.1.2 V向B-spline曲線延拓算法72-75
• 4.1.3 基于最小能量法的節(jié)點(diǎn)矢量?jī)?yōu)化算法75-76
• 4.1.4 葉片頂端磨損域的曲面模型再生76-77
• 4.2 葉片曲面延拓實(shí)例與誤差分析77-82
• 4.2.1 直紋葉片77-79
• 4.2.2 扭曲葉片79-82
• 本章小結(jié)82-83
• 第五章 基于G~2曲面連續(xù)的扭曲葉片磨損曲面再生83-105
• 5.1 B樣條曲面幾何連續(xù)性分析基礎(chǔ)83-86
• 5.1.1 B-spline曲面表達(dá)式及其導(dǎo)矢83-85
• 5.1.2 曲線曲率與曲面曲率85-86
• 5.2 扭曲葉片頂端磨損區(qū)域曲面再生算法86-100
• 5.2.1 基于鏡像法的右端點(diǎn)生成算法88-90
• 5.2.2 基于G~0、G~1、G~2連續(xù)的控制點(diǎn)生成算法90-99
• 5.2.3 葉片頂端磨損域的曲面模型再生99-100
• 5.3 實(shí)例分析100-104
• 本章總結(jié)104-105
• 第六章 葉片修復(fù)原型系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)105-121
• 6.1 葉片修復(fù)系統(tǒng)的功能模塊105-107
• 6.2 葉片曲面的IGES文件輸出107-111
• 6.3 修復(fù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與系統(tǒng)界面111-112
• 6.4 典型算法實(shí)現(xiàn)流程圖112-114
• 6.5 系統(tǒng)部分運(yùn)行實(shí)例114-120
• 6.5.1 基于迭代算法的扭曲葉片曲面重構(gòu)實(shí)現(xiàn)過(guò)程114-117
• 6.5.2 基于遺傳算法的扭曲葉片曲面重構(gòu)實(shí)現(xiàn)過(guò)程117-118
• 6.5.3 系統(tǒng)曲面再生算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程118-120
• 本章總結(jié)120-121
• 結(jié)論與展望121-124
• 1.研究?jī)?nèi)容總結(jié)121-122
• 2.論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)122-123
• 3.研究方向展望123-124
• 參考文獻(xiàn)124-134
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表論文134-136
• 致謝136

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本文編號(hào)：528390