Integrating Materials Model-Based Definitions into Design, Manufacturing, and Sustainment: A Digital Twin Demonstration of Incorporating Residual Stresses in the Lifecycle Analysis of a Turbine Disk
Integrating Materials Model-Based Definitions into Design, Manufacturing, and Sustainment: A Digital Twin Demonstration of Incorporating Residual Stresses in the Lifecycle Analysis of a Turbine Disk
复制标题
将基于材料模型的定义集成到设计、制造和维护中：将残余应力纳入涡轮盘生命周期分析的数字孪生演示
DOI：
10.1115/1.4048426
复制
发表时间：
2021
影响因子：
3.1
通讯作者：
Sangid, M.D.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Gopalakrishnan, S.;Hartman, N.W.;Sangid, M.D.
基于模型的定义（MBD）旨在使用3D计算机辅助设计（CAD）模型捕获数字产品定义中的几何和非几何数据，作为产品定义基线的一种形式，以在生命周期的不同阶段传播产品信息。MBD可以潜在地消除与传统纸质图纸相关的易出错的信息交换，并提高使用3D CAD模型捕获的组件细节的保真度。组件在其生命周期阶段的行为会影响其下游性能，如果包含在部件的MBD中，则可用于在设计期间提前预测性能，并探索更新的设计以提高性能。然而，当前的CAD能力限制了将行为信息与组件的形状定义相关联。本文提出了一种基于CAD的工具来存储和检索元数据使用点对象在CAD模型，创建链接到组件内的空间位置。该工具被示出为存储和检索的大体积残余应力的过程中获得的涡轮机盘的制造过程中从过程建模和表征。此外，由于工艺模型不确定性引起的残余应力分布的变化已经被捕获为盘的CAD模型的单独实例，以表示部件到部件的变化，作为跟踪数字孪生的各个序列化部件的类比。不同的残余应力的传播从这些CAD模型内的损伤容限分析在磁盘中的关键位置已被证明。通过存储空间和特征变化信息，MBD内的几何和非几何数据的组合提供了创建实际组件的数字孪生的机会。
Model-based definitions (MBDs) aim to capture both geometric and non-geometric data in digital product definitions using 3D computer-aided design (CAD) models, as a form of product definition baseline, to disseminate product information across different stages of the lifecycle. MBDs can potentially eliminate error-prone information exchange associated with traditional paper-based drawings and improve the fidelity of component details, captured using 3D CAD models. A component’s behavior during its lifecycle stages influences its downstream performance, and if included within the MBD of a part, could be used to forecast performance upfront during the design and explore newer designs to enhance performance. However, current CAD capabilities limit associating behavioral information with the component’s shape definition. This paper presents a CAD-based tool to store and retrieve metadata using point objects within a CAD model, creating linkages to spatial locations within the component. The tool is illustrated for storage and retrieval of bulk residual stresses developed during the manufacturing of a turbine disk acquired from process modeling and characterization. Further, variations in residual stress distribution owing to process model uncertainties have been captured as separate instances of the disk’s CAD models to represent part-to-part variability as an analogy to track individual serialized components for digital twins. The propagation of varying residual stresses from these CAD models within the damage tolerance analysis performed at critical locations in the disk has been demonstrated. The combination of geometric and non-geometric data inside the MBD, via storage of spatial and feature varying information, presents opportunities to create digital twin(s) of actual component(s).
登录
查看更多内容
制造过程仿真与飞机发动机部件概率损伤容限分析的集成
DOI：
--
发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
--
作者：
R. Mcclung;M. Enright;W. Liang;K. Chan;Jonathan P. Moody;Wei;R. Shankar;W. Luo;J. Oh;S. H. K. Fitch
通讯作者：
S. H. K. Fitch
A.Sakurai,;M.Shiotsu,;K.Hata,;Y.Takeuchi.：低温学。
DOI：
--
发表时间：
--
期刊：
影响因子：
--
作者：
通讯作者：
--
加工残余应力对结构材料疲劳裂纹扩展行为的影响：实验方法和微观结构机制
DOI：
--
发表时间：
2011
期刊：
Metallurgical and Materials Transactions. A
影响因子：
--
作者：
Christopher J. Lammi;D. Lados
通讯作者：
D. Lados
将残余应力纳入涡轮发动机盘的寿命预测
DOI：
--
发表时间：
2003
期刊：
影响因子：
--
作者：
R. John;J. Larsen;D. Buchanan;N. Ashbaugh
通讯作者：
N. Ashbaugh
航空航天锻件制造过程中的残余应力演变
DOI：
--
发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
--
作者：
J. Rolph;M. Preuss;N. Iqbal;M. Hofmann;S. Nikov;M. Hardy;M. Glavicic;R. Ramanathan;A. Evans
通讯作者：
A. Evans