燃气轮机涡轮导向叶片成分-结构-工艺一体化设计
本项目将针对燃气轮机叶片强韧化及整机轻量化设计要求,基于GH4169合金成分,引入0.1%-2%的V元素,拟通过固溶强化及VC碳化物弥散强化提高其强度、塑性及高温蠕变性能。
基于机器学习整合镍基高温合金的开源数据,分析各元素对合金弹性模量、屈服极限强度的影响因子,预测V的强化效果并优化各元素的成分范围,以得到最终的优化合金成分,并结合JMatPro软件对各力学性能参数进行验证和计算。
利用SolidWorks构建叶片的三维模型,通过Ansys软件,基于改进合金的性能参数,进行近服役环境的热-流-力耦合场模拟,结合拓扑优化实现结构轻量化并设计内部冷却流道。
采用ProCast模拟熔模铸造流程,优化浇注系统及涂料参数以减少缺陷,结合CAFE模块模拟定向凝固过程中的柱状晶生长,确保晶粒取向与主应力方向一致。最后,通过Ansys对涡轮导向叶片盘进行双重热处理的温度场有限元模拟,预测近心部粗晶与近表面细晶的梯度组织,平衡力学性能与抗疲劳性能。
基于上述机器学习及模拟仿真结果,对燃气轮机涡轮导向叶片成分、结构、成型及热处理方式进行优化设计,最终形成满足整机服役要求的成分-结构-工艺一体化设计方案。