基于目标应变分布的TC17合金双性能盘预成形形状优化设计

翟江波

基于目标应变分布的TC17合金双性能盘预成形形状优化设计

翟江波

（航空工业陕西宏远航空锻造有限责任公司，陕西 三原 713801）

研究TC17合金双性能盘目标应变分布下的预成形形状优化设计方法。采用拉丁超立方试验设计方法对预成形形状设计变量抽样选取样本点，并通过Deform有限元数值模拟获得样本设计变量下的局部应变分布。以局部应变分布与目标应变分布之间的方差最小为目标函数，采用Kriging方程建立近似替代模型预测响应应变误差，并结合遗传算法，以锻件的充填率及材料利用率为约束条件，优化设计预成形形状。近似替代模型预测的应变误差与基于有限元数值模拟计算获得的应变误差之间的最大相对误差和最小相对误差分别为10.8%和0.01%。这表明Kriging近似替代模型在预测响应应变误差时的精度较高，具有较好的可靠性，采用优化后的预成形形状经多道次等温锻造后的等效应变分布满足目标应变分布的设计要求。

TC17合金；Kriging模型；有限元数值模拟；遗传算法；优化设计

双性能结构实现了零件上不同部位力学性能的渐变，满足了零件不同部位对力学性能的不同要求，可显著提高零件在恶劣服役条件下的使用可靠性和使用寿命，因而，双性能盘在未来高推重比航空发动机新结构制造领域具有广阔的应用前景。TC17(Ti- 5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr)合金是一种富的(+)型两相钛合金，具有高强度、高韧性、高淬透性等优点，采用TC17合金研制双性能盘，通过控制塑性应变以实现对片层组织球化率的主动调控，以获得一侧为等轴细晶组织，另一侧为网篮组织，过渡区有序渐变的双重组织是获得双性能零件的有效途径[1—5]。……