Patching is a high-technology repair to preserve damaged jet engine blisks instead of replacing them. The damaged portion of the blade is restored by welding a patch to the blade. Since the extent of defects varies, the optimal repair is initially unknown. This work contributes to the design of patch repairs by employing multiobjective optimization. A multiobjective function is formulated, maximizing high cycle fatigue strength and minimizing the length of the weld. An inequality constraint equation ensures the complete removal of the damaged blade area. The geometry of the patch and the position of the defect are described using parametric models. Optimization results are presented for an exemplary damage scenario. The set of Pareto optimal alternatives is computed using nondominated sorting genetic algorithm II and imposing constraints by using a linear penalty approach. The results demonstrate that designs are found by the optimization that would not intuitively be recognized as optimal by maintenance technicians. Individual designs from the Pareto frontier are selected, and the welding process is analyzed in more detail using thermomechanical simulations. The distribution of residual stresses in the repaired blade is computed, and the influence on fatigue strength is determined. The multiobjective optimization and the finite element simulations implemented in the presented approach thus enable a systematic evaluation of design alternatives and support informed engineering decisions in the repair process.

修补是一种高科技修复，用于保护损坏的喷气发动机叶盘而不是更换它们。通过将补片焊接到叶片上来修复叶片的损坏部分。由于缺陷的程度各不相同，最佳修复最初是未知的。这项工作通过采用多目标优化有助于补丁修复的设计。制定了多目标函数，最大限度地提高高周疲劳强度并最大限度地减少焊缝长度。不等式约束方程确保完全去除损坏的叶片区域。补片的几何形状和缺陷的位置使用参数模型进行描述。给出了示例性损坏场景的优化结果。使用非支配排序遗传算法 II 并通过使用线性惩罚方法施加约束来计算帕累托最优替代方案集。结果表明，通过优化找到的设计不会被维护技术人员直观地识别为最佳。选择帕累托前沿的个别设计，并使用热机械模拟更详细地分析焊接过程。计算修复后叶片的残余应力分布，确定对疲劳强度的影响。在所提出的方法中实施的多目标优化和有限元模拟因此能够对设计备选方案进行系统评估，并支持维修过程中知情的工程决策。结果表明，通过优化找到的设计不会被维护技术人员直观地识别为最佳。选择帕累托前沿的个别设计，并使用热机械模拟更详细地分析焊接过程。计算修复后叶片的残余应力分布，确定对疲劳强度的影响。在所提出的方法中实施的多目标优化和有限元模拟因此能够对设计备选方案进行系统评估，并支持维修过程中知情的工程决策。结果表明，通过优化找到的设计不会被维护技术人员直观地识别为最佳。选择帕累托前沿的个别设计，并使用热机械模拟更详细地分析焊接过程。计算修复后叶片的残余应力分布，确定对疲劳强度的影响。在所提出的方法中实施的多目标优化和有限元模拟因此能够对设计备选方案进行系统评估，并支持维修过程中知情的工程决策。并且使用热机械模拟更详细地分析焊接过程。计算修复后叶片的残余应力分布，确定对疲劳强度的影响。在所提出的方法中实施的多目标优化和有限元模拟因此能够对设计备选方案进行系统评估，并支持维修过程中知情的工程决策。并且使用热机械模拟更详细地分析焊接过程。计算修复后叶片的残余应力分布，确定对疲劳强度的影响。在所提出的方法中实施的多目标优化和有限元模拟因此能够对设计备选方案进行系统评估，并支持维修过程中知情的工程决策。