[發明專利]一種高、低溫天平分析方法及分析系統

有效

• 申請號: 201410528208.0
• 申請日: 2014-10-09
• 公開（公告）號: CN104298823B
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 苗磊;向光偉;賈巍;米鵬;謝斌;楊洪勝;劉偉;史玉杰;劉維亮;王超;潘華燁
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心高速空氣動力研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/00
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙)11386
• 代理人: 馬東偉,暴茜

技術領域

本發明涉及高、低溫天平技術領域，尤其涉及一種高、低溫天平分析方法及分析系統。

背景技術

在高、低溫天平的研制過程中，準確預測其結構的合理性是很關鍵的工作，這包括對其溫度場、應力場的計算，這可以指導天平結構設計并天平性能進行評價，這種采用虛擬仿真來輔助設計的方法，縮短了開發周期。

目前在高、低溫天平的結構設計中，僅氣動載荷、天平的直徑和長度作為初始輸入條件，未將溫度考慮在內。但在高低溫天平的使用過程中，氣動熱會對天平的結構產生一定的影響，將造成天平測量精準度下降。雖然在天平完成粘貼后，要對其進行溫度補償，但這種方式主要是解決天平上惠斯頓電橋中線路、應變計等隨溫度變化的問題，溫度對天平結構的影響會因對天平采用不同的升降溫補償方式而不同。對一臺完整天平而言，當其結構確定后，那么在特定試驗條件下溫度對結構的影響就已確定，因此，要解決溫度對結構的影響，必須在天平設計階段引入溫度參數作為天平結構設計的初始條件。溫度的獲得可以通過在相似試驗條件下，對結構相似的天平進行溫度測量來實現，這種方式成本高，周期長，同時由于采用類比的測量方式獲得，與真實情況在一定程度上存在差異。

發明內容

鑒于上述的分析，本發明旨在提供一種高、低溫天平分析方法及分析系統，用以解決現高、低天平結構設計過程中因為沒有考慮溫度而帶來的問題。

本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的：

本發明提供了一種高、低溫天平流-熱-固耦合分析方法，包括：

在三維建模軟件中，對高、低溫天平進行參數化數學模型構建，將構建的天平參數模型與預先建立的風洞流場數模、試驗模型數模、天平支桿數模、連接錐套數模以及隔熱套數模按天平實際裝配關系進行虛擬組裝，形成一個系統；

通過有限元分析軟件對上述系統進行網格劃分；

模擬系統中天平的實際受載情況，計算高、低溫天平的強度、剛度、靈敏度及測量元件之間的相互干擾，并據此獲得高、低溫天平的結構形式；

模擬實際吹風情況，計算出系統的傳熱邊界條件，并對系統加載所述傳熱邊界條件；在此基礎上對所述系統進行仿真計算并對結果進行評價，以獲得最終的高、低溫天平的結構形式。

上述方法進一步包括：

在三維建模軟件中對高、低溫天平開展以天平測量元件全部尺寸為參數的數模構建，所述參數至少包括：天平的整體外形尺寸，各測量元件全尺寸及相互間的相對位置關系，天平中部等值過渡段的長度，天平斷開槽相對于天平坐標軸系的位置尺寸；參數化數模構建完成后，將構建的天平參數模型與風洞流場數模、試驗模型數模、天平支桿數模、連接錐套數模以及隔熱套數模按實際裝配關系進行虛擬組裝，形成一個系統并將其保存為有限元分析所需的文件類型。

上述方法進一步包括：

網格劃分的整體坐標系采用正交直角坐標系，X軸的方向沿天平軸方向，坐標系的中心在天平的幾何中心，Z軸指向天平的側向力測量元件方向，Y軸指向天平的法向力測量元件方向。

上述方法進一步包括：

在有限元分析軟件中模擬系統中天平的實際受載情況，計算高、低溫天平的強度、剛度、靈敏度及測量元件之間的相互干擾，并以通過測量元件處應變變化梯度的劇烈程度，干擾信號輸出值的大小為依據，獲得高、低溫天平的結構形式。

上述方法進一步包括：

分析計算時，首先將除天平參數模型以外的所有部件數模抑制，將天平固定端端面全約束，僅對天平參數模型施加載荷，施加力矩和遠端力的作用點都在天平參數模型的自由端端面上，施加單元載荷，計算天平在每個單元載荷作用下其對應分量的靈敏度大小、電信號輸出及各測量元件之間相互干擾的大??；施加組合載荷，計算在組合載荷作用下，天平的強度與剛度；滿足交叉干擾小，天平整體剛度、強度大的天平結構形式即可進行下一步分析。

上述方法進一步包括：

實際吹風情況是指試驗馬赫數及實際風洞條件，它與傳熱邊界條件直接有關；傳熱邊界條件是通過有限元分析軟件中的CFX或者FLUENT模塊計算獲得，計算的最終結果是：風洞流場的溫度。

上述方法進一步包括：