(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 202111501594.0 (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　朱林　张成成　 程华裔　龚从扬　刘爽　张开明　 姚树磊　郭旭　曾飞　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 30/20(2020.01) (54)发明名称 航空发动机叶片超声滚压强化工艺的数字 孪生建模方法 (57)摘要 本发明涉及一种航空发动机叶片超声滚压 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 超声滚压强化工艺的基 础信息； S2： 建立表面完整性计算模型； S3： 监测 强化工艺参数和强化工况， 强化后检测叶片的表 面完整性； S4： 将强化工艺参数和强化工况输入 至所述表 面完整性计算模型中， 得到叶片的表面 完整性； S5： 将仿真得到的叶片的表面完整性数 据与检测得到的叶片的表面完整性数据进行对 比， 得到数字孪生模型。 本发明的航空发动机叶 片超声滚压强化工艺的数字孪生 建模方法， 可以 构建将有 限元仿真与数据驱动相结合的超声滚 压强化工艺的数字孪生模型， 实现强化工艺参数 和强化效果的多元映射。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 114169101 A 2022.03.11 CN 114169101 A 1.一种航空发动机叶片超声滚压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超声滚压强化工艺的基础信息； S2： 根据所述基础信息， 建立表面完整性计算模型； S3： 对超声滚压机床在实际强化过程中的强化工艺参数和强化工况进行监测， 强化后 检测叶片的表面完整性； S4： 将监测到的强化工艺参数和强化工况输入至所述表面完整性计算模型中进行仿真 计算， 得到叶片的表面完整性； S5： 将步骤S4中仿真得到的叶片的表面完整性数据与 步骤S3中检测得到的叶片的表面 完整性数据进行对比， 并修正所述表面完整性计算模型使对比结果满足预定精度， 得到数 字孪生模型。 2.根据权利要求1所述的航空发动机叶片超声滚压强化工艺的数字孪生建模方法， 其 特征在于， 所述基础信息包括叶片模型、 强化工艺 参数、 强化工况和强化效果。 3.根据权利要求2所述的航空发动机叶片超声滚压强化工艺的数字孪生建模方法， 其 特征在于， 步骤S2包括： 将叶片模型导入仿真软件中， 对双边强化头施加强化工艺参数， 对 场景施加强化工况。 4.根据权利要求3所述的航空发动机叶片超声滚压强化工艺的数字孪生建模方法， 其 特征在于， 所述仿真软件为Ansys、 Abaqus或Com sol。 5.根据权利要求1所述的航空发动机叶片超声滚压强化工艺的数字孪生建模方法， 其 特征在于， 所述 强化工艺参数包括 强化头振幅、 频率、 加工力、 走刀路线与往返次数、 强化路 径方向、 装夹方式。 6.根据权利要求1所述的航空发动机叶片超声滚压强化工艺的数字孪生建模方法， 其 特征在于， 所述强化工况包括机床上每个轴的速度与位置信息、 温度、 湿度、 空气中粉尘含 量、 机床本身的振动及强化 误差。 7.根据权利要求1所述的航空发动机叶片超声滚压强化工艺的数字孪生建模方法， 其 特征在于， 所述叶片的表面完整性包括表面 粗糙度、 表面残余应力和叶片变形程度。 8.根据权利要求1所述的航空发动机叶片超声滚压强化工艺的数字孪生建模方法， 其 特征在于， 步骤S5包括： 计算表面完整性计算模型得到的数据与实际监测得到的数据之间 的误差系数， 若误差系 数小于5％， 则认为表面完整性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S 3‑S5， 直至误差 系数满足精度要求 为止， 此时修 正后的表面完整性计算模型为数字 孪生模型。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114169101 A 2航空发动机叶片超声滚压强化工艺的数字孪生建模方 法 技术领域 [0001]本发明涉及超声滚压强化加工领域， 更具体地涉及一种航空发动机叶片超声滚压 强化工艺的数字 孪生建模方法。 背景技术 [0002]超声滚压强化是把超声强化和表面滚压相结合的新型表面改性技术， 利用超声冲 击的能量和静载滚压共同作用使球型工具头高频高幅撞击金属表面， 诱导材料的表面纳米 化， 从而降低金属表面粗糙度、 提高金属表层硬度， 并且对材料内部引入有益残余压应力， 最终达到提高材 料使用寿命的目的。 [0003]但是， 目前的超声滚压存在的问题是， 强化设备仍处在发展阶段， 强化工艺仍在探 索， 没有找到综合强化效果的最优方案， 而在强化中探索强化工艺方案的成本过高。 而且， 现今的强化设备并不具备监测、 检测、 预测等功能， 无法对强化过程进行实时监控， 无法对 强化结果进行检测分析， 并对强化效果所对应的强化工艺参数进行预测， 没有相关数据库 系统记录相关数据用来进 行后续分析研究， 这些缺陷严重制约了超声滚压强化装备强化效 率、 改进进化方案的发展。 [0004]数字孪生的概念最早起源于对设备的生命周期管理， 而今随着工业4.0的概念的 提出， 数字孪生技术已经被看作使其可以 “落地”的关键性技术。 数字孪生， 即将现实世界的 实体映射到虚拟世界中， 在虚拟世界中建立物理和数据驱动的还原模型， 从而对其进行操 作， 达到虚实结合， 以虚控实的效果。 数字孪生技术将物理空间与数字空间完美融合， 并利 用其模型影响现实实体， 具有虚实映射、 数据驱动、 人机交互和自主决策等特征。 其中， 虚实 映射是指通过构建数字虚体与物理实体映射关系， 将物理空间中的物理实体映射到数字空 间中， 形成具有数据映射、 分析决策、 控制执 行功能的数字 孪生。 [0005]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、 机床强化进程 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强化工艺的数字 孪生技术的研究。 发明内容 [0006]本发明的目的在于提供一种航空发动机叶片超声滚压强化工艺的数字孪生建模 方法， 对超声滚压机床强化过程中的强化工艺进行数字孪生建模， 实现对超声滚压强化过 程中的实时监控与强化效果反馈 。 [0007]为实现上述目的， 本发明提供一种航空发动机叶片超声滚压强化工艺的数字孪生 建模方法， 包括以下步骤： [0008]S1： 获取航空发动机叶片超声滚压强化工艺的基础信息； [0009]S2： 根据所述基础信息， 建立表面完整性计算模型；说　明　书 1/3 页 3 CN 114169101 A 3