[發明專利]一種基于有限元的動力調諧陀螺加速穩定剖面生成方法

無效

• 申請號: 201110041860.6
• 申請日: 2011-02-21
• 公開（公告）號: CN102122311A
• 公開（公告）日: 2011-07-13
• 發明（設計）人: 陳云霞;梁媛;康銳
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種基于有限元的動力調諧陀螺加速穩定剖面生成方法，其特征在于：該方法步驟如下：

步驟一：結合DTG參數變化主機理來選擇有限元單元，該DTG參數變化主機理是指DTG在加速穩定過程中的磁鋼退磁以及各部件的線膨脹系數與彈性模量隨溫度變化；選擇的有限元單元需要同時滿足以下條件：(1)能夠實現瞬態熱分析；(2)能夠實現結構場分析；(3)能夠實現熱-結構耦合分析；

步驟二：建立材料模型庫，包括：

a.定義單位制：由于有限元仿真軟件即ANSYS中的數值沒有單位，因此需要將材料屬性的單位按照定義好的單位制統一；之后所有部件尺寸、材料屬性以及載荷數值均通過此單位制換算得到；

b.輸入各部件的材料屬性：結合仿真類型輸入仿真需要用到的各部件材料屬性；DTG的材料為鎳合金、馬氏體彈性合金、低膨脹合金、不銹鋼合金、環氧膠以及內部氮氣；所需材料屬性包括結構分析需要的密度、彈性模量、泊松比，以及熱分析需要的比熱容和熱膨脹系數；

步驟三：通過分析DTG參數變化主機理確定建模部件，同時對模型連接關系進行簡化，在有限元軟件中建立DTG幾何模型，并對DTG幾何模型進行材料屬性賦值；

步驟四：建立DTG有限元模型，包括針對DTG不同的部件實施不同的網格精度劃分方法進行有限元網格劃分；

步驟五：對DTG有限元模型施加約束及載荷，進行熱-結構耦合分析，包括對DTG有限元模型施加不同的加速穩定剖面，同時注入內部殘余應力，通過仿真計算得到DTG在不同溫度剖面下內部殘余應力釋放規律；

步驟六：根據DTG性能參數穩定性判據，對有限元仿真結果進行分析，選取優化的DTG加速穩定仿真剖面。

2.根據權利要求1所述的一種基于有限元的動力調諧陀螺加速穩定剖面生成方法，其特征在于：在步驟二中所述的定義單位制是指在國際單位制的基礎上自定義單位制，即毫米、克、秒、微安以及開爾文。

3.根據權利要求1所述的一種基于有限元的動力調諧陀螺加速穩定剖面生成方法，其特征在于：在步驟三中所述的建立DTG幾何模型，其具體做法的步驟如下：

a.結構簡化：對DTG的結構部件實施相應的簡化，具體做法是針對DTG參數變化影響大的部件即撓性接頭、磁鋼、陀螺轉子及環氧膠部件，以及起支撐和連接作用的支撐環部位進行重點建模；而對DTG參數變化影響小的限動盤和限動器部件，進行簡化；

b.連接關系簡化：陀螺內部部件連接分為焊接和膠接，針對焊接與膠接實施不同的簡化策略，具體做法是對于焊接，簡化為理想連接，用有限元GLUE命令將其接合；對于膠接，則在膠接處建立一層環氧膠模型進行仿真分析；

c.幾何模型建立：建立陀螺部件的幾何模型，具體做法是根據對DTG結構和連接關系的簡化及其實際尺寸建立陀螺內部關鍵部件的幾何模型；

d.屬性賦值：結合建立的材料模型庫對DTG各部件賦值，使DTG各部件材料與實際材料相一致，具體做法是結合陀螺轉子、磁鋼、隔磁環、導磁環、支撐環、撓性接頭的材料屬性在有限元軟件中對DTG所有部件賦值，使DTG所有部件的材料與實際材料相一致。

4.根據權利要求1所述的一種基于有限元的動力調諧陀螺加速穩定剖面生成方法，其特征在于：在步驟四中所述的建立DTG有限元模型，其具體做法如下：

對影響DTG參數變化的主機理所涉及的部件以及殘余應力集中部位需要增大其網格密度；對于形狀規則的部件采用ANSYS的掃略和映射網格劃分方法，獲得六面體單元；對形狀不規則部件或部件連接處，則使用自動網格劃分；ANSYS劃分網格精度等級從1至10，1為最高，10為最低，DTG部件的網格精度如下：環氧膠網格精度為1，陀螺轉子、磁鋼及內部氮氣的網格精度為2，殼體網格精度為4，其余部件網格精度為3。

5.根據權利要求1所述的一種基于有限元的動力調諧陀螺加速穩定剖面生成方法，其特征在于：在步驟五中所述的對DTG進行熱-結構耦合分析，其具體步驟如下：

a.施加溫度剖面約束：根據現有DTG加速穩定工藝剖面，提煉出溫度剖面設計中所需要的因素值即高溫、低溫、保溫時間、溫變率和水平值，選擇預定的試驗設計方法進行DTG加速穩定試驗方案設計；

b.施加殘余應力：考慮現有的DTG加速穩定工藝剖面并結合已有工程經驗，設計加速穩定試驗方案；根據DTG內部殘余應力的分布分析結果，對其集中部位的關鍵點處注入殘余應力，即對DTG有限元模型中此關鍵點處加入應力約束條件；

c.熱-結構耦合分析：結合有限元瞬態熱-結構耦合分析流程對DTG進行仿真，該瞬態熱-結構耦合仿真是指在對DTG加入殘余應力約束的條件下，對給定的加速穩定剖面進行一次仿真，同時考慮瞬態非線性分析及熱-結構耦合分析對DTG進行有限元分析，以得到不同加速穩定剖面下內部殘余應力釋放規律。