这款国产软件打破了国外垄断 对中国先进航空发动机研制意义重大(2)

2019-03-14 13:05:21  北京日报  

师法古代青铜器制法的熔模铸造技术,与现代定向凝固技术结合之后,可制备复杂的单晶叶片——在普通的熔模铸造技术基础上,强制形成一个垂直方向的温度梯度,来限制晶体的生长方向,通过籽晶法(在铸件底部摆放一个单晶粒作为晶核)或者选晶法(使用螺旋选晶器只让一个晶体通过),保证只有一个晶体能够生长到叶片本体铸件中。

但如此工艺制造的产品,容易产生多种铸造缺陷,例如缩松、杂晶、雀斑、取向偏离、小角晶界等,成品率非常低。而生产叶片的单晶高温合金材料的组成元素,多数为稀有金属,其中铼在地壳中的含量比所有的稀土元素都少,比钻石更难以获取,价格跟白金相仿。正因为此,单晶叶片造价昂贵,制作过程容不得失误,亟须模拟系统以降低试验的成本。

数值模拟法可预判缺陷

将液体金属浇入与零件相适应的铸造空腔之中,待其冷却凝固后,便制得所需要的器物。早在青铜器时代,中国人在铸造工艺上就大显身手。不过,千百年间,金属在铸型中凝固的过程不可知,也不可控。因而,一句老话在铸造圈儿流传——睁着眼睛造,闭着眼睛浇。

上世纪八九十年代起,清华大学教授柳百成在国内率先尝试将计算机技术与传统铸造业结合,创新地开辟了用计算机建模与仿真技术提升传统铸造行业技术水平研究的新领域,利用软件可模拟浇注及凝固过程,由此改变几千年来的老行规。如今,柳百成已成为中国工程院院士,他领衔推出的数字化铸造相关成果已在多个大型工程中应用。清华大学材料学院教授许庆彦曾作为骨干,参与其中。

大约20年前开始,许庆彦等人就设想,将多尺度建模与仿真系统引入涡轮叶片制造领域,向制造业的最高领域跨越。

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