课题基金 / 基金详情

双相TiAl合金脉冲电化学加工多尺度多目标优化策略研究

批准号:
22072040
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
廖翠姣
依托单位:
学科分类:
电化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
廖翠姣

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
TiAl合金在航空发动机低压涡轮叶片上的成功应用,提高了研究者们对TiAl合金无损加工的研究兴趣,实现高精度、高表面质量的双相TiAl合金的稳定电化学加工是值得密切关注的问题。项目采用Monte Carlo与分形理论建立粗糙表面BDM双电层模型,弄清双相Ti-48Al-2Cr-2Nb合金/溶液界面结构演变机理;分析脉冲电化学加工系统的电流分岔特性、产生机理及影响机制,建立电流与控制参量的分岔模型;利用非线性等效电路模型建立加工系统数学模型;利用反应-扩散分形生长模型重构表面微观形貌演变机理;建立各向异性材料模型与多相多场耦合仿真模型,分析微米尺度下的物质去除机理与微观形貌演变规律;利用多场耦合细观模型分析电流密度、加工间隙等的分布规律;从纳米、微米、细观三尺度建立目标函数,采用微分进化算法实现工艺优化,为TiAl合金叶盘的脉冲电化学加工提供理论基础。
英文摘要
The successful application of TiAl alloys to low-pressure turbine blades of aeroengines has increased researchers' interest in non-destructive machining of TiAl alloys. The realization of stable electrochemical machining of high-precision and high-surface quality in two-phase TiAl alloys is a matter worthy of close attention. A rough surface BDM electric double layer model will be built by Monte Carlo and fractal theory and to illuminate the evolution of interface structure of two-phase Ti-48Al-2Cr-2Nb alloy / solution. The characteristics, generation mechanism and influence mechanism of the current bifurcation of the pulse electrochemical machining system will be analyzed, and bifurcation models between current and control parameters will be built. In addition, a nonlinear equivalent circuit model will be established for the mathematical model of the machining system. The evolution of surface micro-topography will be reconstructed by a reaction-diffusion fractal growth model, and a mathematical model between current and surface micro-topography will be also researched. An anisotropic materials model and a multi-phase flows, multi-field simulation model will be set up to analyze the material removal mechanism and the evolution of micro-morphology in micrometer scale. At the same time, the multi-field coupled meso-model will be used to analyze the distribution laws of current density and machining gap. The objective functions will be established from the three scales of nano-scale, micro-scale, and meso-scale for the process optimization by differential evolution algorithm. The project will provide a theoretical basis for pulse electrochemical machining of TiAl alloy blade disk.
本项目瞄准航空发动机低压涡轮 TiAl 合金叶盘高表面质量、高精度、高效绿色智能制造重大需求,围绕“双相 TiAl 合金脉冲电化学加工多尺度多目标调控策略”,针对研究中涉及的相关科学问题和关键技术开展研究,取得了以下创新性成果:.H2O分子与双相TiAl合金中的γ-TiAl相和α2-Ti3Al相的吸附行为及电场对吸附行为的影响,基于蒙特卡洛(Monte Carlo)方法,构建了γ-TiAl合金与NaNO₃溶液的界面模型,分析溶液中部分离子的径向分布函数、水分子的溶剂化效应,研究了H₂O分子在溶液/界面处的排布及相对浓度分布,初步建立了TiAl 合金/溶液BDM双电层结构模型,为理解合金与溶液的界面相互作用提供了理论基础。.系统研究了合金在不同条件下的钝化行为,揭示了钝化膜的成核生长机理、结构与成分,以及钝化过程的非线性动力学行为,构建了Ti-48Al-2Cr-2Nb 合金的钝化动力学模型,进一步明确了合金在电场与磁场耦合作用下钝化膜的形核与生长机制,分析了钝化膜对合金电解加工表面质量与加工精度的影响,为优化加工工艺提供了重要依据。.探索了电化学溶解与电解加工的电流密度信号去噪方法,深度解析了电化学溶解过程与电解加工过程的非线性动力学行为,通过多种方法量化表征加工表面的多尺度微观结构,建立了非线性动力学行为与加工表面微观形貌之间的映射关系,构建了Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的非线性动力学行为去除模型。揭示了直流电解加工过程中表面微观形貌的影响因素、演变规律以及磁场对电解加工表面成形过程的影响机理。采用 CRITIC-TOPSIS与NSGA-II方法实现了Ti-48Al-2Cr-2Nb 合金电解加工的多尺度多目标优化,探索了磁场、电场与流场等多种加工工艺调控策略,成功获得了平均粗糙度低至 Sa 0.29 μm的加工表面,显著提升了加工表面质量。.目前,项目团队正在进一步深入研究宏观工艺参数对Ti-48Al-2Cr-2Nb 合金/溶液BDM双电层结构的影响机制,电解加工过程的非线性分岔行为,以及进一步探索提升 Ti-48Al-2Cr-2Nb合金电解加工表面质量与加工精度的有效途径。本项目的研究成果为未来 Ti-48Al-2Cr-2Nb 合金整体叶盘叶轮的高质量、高稳定电解加工提供了强有力的理论与技术支持,具有重要的科学意义和应用前景。
TiAl合金电解复合磁场加工表面的分形结构演变与控制研究
  • 批准号:
    2020JJ4271
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    廖翠姣
  • 依托单位:
基于界面分形特征的TiAl合金电解加工表面质量控制模型研究
  • 批准号:
    51505141
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    廖翠姣
  • 依托单位:
国内基金
海外基金