[發(fā)明專利]磁懸浮飛輪可重復(fù)抱式鎖緊裝置用彈片的設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510355363.1
• 申請(qǐng)日: 2015-06-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104899400B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉強(qiáng);陳家慶;曹建樹(shù);葉郭波;焦向東;周天宇;郭永春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京石油化工學(xué)院
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京凱特來(lái)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11260
• 代理人: 鄭立明,付久春

1.一種磁懸浮飛輪可重復(fù)抱式鎖緊裝置用彈片的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，設(shè)定離散設(shè)計(jì)變量彈片個(gè)數(shù)為n＝i＝4，其中n為彈片個(gè)數(shù)，i為彈片循環(huán)中的循環(huán)變量；

步驟2，設(shè)定連續(xù)設(shè)計(jì)變量彈片高度h、彈片厚度t和彈片寬度w的初始值；

步驟3，采用有限元軟件ANSYS作為處理工具，利用設(shè)定的彈片個(gè)數(shù)和彈片高度h、彈片厚度t和彈片寬度w的初始值，分別建立以下彈片相關(guān)狀態(tài)的模型，具體為：

(1)建立彈片在鎖緊狀態(tài)的靜力學(xué)有限元模型，將該模型APDL命令流保存至鎖緊靜力學(xué)文件，計(jì)算出彈片質(zhì)量M、最大彎曲應(yīng)力σ_max和解鎖力f_u，將計(jì)算結(jié)果保存至鎖緊靜力學(xué)結(jié)果文件；

(2)建立彈片在鎖緊狀態(tài)的動(dòng)力學(xué)有限元模型，將該模型APDL命令流保存至鎖緊動(dòng)力學(xué)文件，計(jì)算出彈片質(zhì)量M、鎖緊狀態(tài)一階共振頻率F_l1、鎖緊剛度K和鎖緊阻尼D，將計(jì)算結(jié)果保存至鎖緊動(dòng)力學(xué)結(jié)果文件；

(3)建立彈片在解鎖狀態(tài)的動(dòng)力學(xué)有限元模型，將該模型APDL命令流保存至解鎖動(dòng)力學(xué)文件，計(jì)算出彈片質(zhì)量M和解鎖狀態(tài)一階共振頻率F_u1，將計(jì)算結(jié)果保存至解鎖動(dòng)力學(xué)結(jié)果文件；

步驟3，將所述鎖緊靜力學(xué)文件、鎖緊靜力學(xué)結(jié)果文件、鎖緊動(dòng)力學(xué)文件、鎖緊動(dòng)力學(xué)結(jié)果文件、解鎖動(dòng)力學(xué)文件和解鎖動(dòng)力學(xué)結(jié)果文件導(dǎo)入多學(xué)科優(yōu)化軟件iSIGHT中，并設(shè)定連續(xù)設(shè)計(jì)變量彈片高度h、彈片厚度t和彈片寬度w的取值范圍，以及設(shè)定約束變量彈片質(zhì)量M、最大彎曲應(yīng)力σ_max、解鎖力f_u、鎖緊狀態(tài)一階共振頻率F_l1和解鎖狀態(tài)一階共振頻率F_u1的約束范圍；

步驟4，利用多學(xué)科優(yōu)化軟件iSIGHT的優(yōu)化算法計(jì)算搜索方向和迭代步長(zhǎng)，反復(fù)將文本文件鎖緊靜力學(xué)文件、鎖緊動(dòng)力學(xué)文件和解鎖動(dòng)力學(xué)文件導(dǎo)入有限元軟件ANSYS對(duì)彈片進(jìn)行靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算，同時(shí)輸出與各文件對(duì)應(yīng)的鎖緊靜力學(xué)結(jié)果文件、鎖緊動(dòng)力學(xué)結(jié)果文件和解鎖動(dòng)力學(xué)結(jié)果文件；

步驟5，判斷優(yōu)化過(guò)程是否收斂；

步驟6，若優(yōu)化不收斂，根據(jù)搜索方向和迭代步長(zhǎng)，改變連續(xù)設(shè)計(jì)變量彈片高度h、彈片厚度t和彈片寬度w，轉(zhuǎn)到步驟3；

步驟7，若優(yōu)化收斂，記錄彈片次優(yōu)鎖緊剛度K_imax和次優(yōu)鎖緊阻尼D_imax；

步驟8，判斷彈片個(gè)數(shù)n＝i是否小于其最大值12；

步驟9，若彈片個(gè)數(shù)n＝i小于最大彈片個(gè)數(shù)12時(shí)，彈片個(gè)數(shù)變?yōu)閚＝i+1，并將n＝i+1代入步驟2，進(jìn)入循環(huán)計(jì)算；

步驟10，若彈片個(gè)數(shù)n＝i不小于最大彈片個(gè)數(shù)12時(shí)，比較所有的彈片次優(yōu)鎖緊剛度K_imax和次優(yōu)鎖緊阻尼D_imax，并得到彈片全域最優(yōu)鎖緊剛度K_o和最優(yōu)鎖緊阻尼D_o。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮飛輪可重復(fù)抱式鎖緊裝置用彈片的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述優(yōu)化算法為二階可導(dǎo)優(yōu)化算法。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁懸浮飛輪可重復(fù)抱式鎖緊裝置用彈片的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述二階可導(dǎo)優(yōu)化算法采用序列二次優(yōu)化算法或遺傳算法。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮飛輪可重復(fù)抱式鎖緊裝置用彈片的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述彈片質(zhì)量M的約束范圍為：M≤0.4Kg。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮飛輪可重復(fù)抱式鎖緊裝置用彈片的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述最大彎曲應(yīng)力σ_max小于等于彈片材料許用應(yīng)力[σ]的一半，其中[σ]表示的彈片材料許用應(yīng)力是彈片材料允許承受的最大應(yīng)力值。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮飛輪可重復(fù)抱式鎖緊裝置用彈片的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述解鎖力f_u的約束條件為：f_u＝80/sin(2π/n)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮飛輪可重復(fù)抱式鎖緊裝置用彈片的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述鎖緊狀態(tài)一階共振頻率F_l1的約束范圍為：F_l1≥火箭發(fā)射最高振動(dòng)頻率2000Hz。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮飛輪可重復(fù)抱式鎖緊裝置用彈片的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述解鎖狀態(tài)一階共振頻率F_u1的約束范圍為：F_u1≥1.5倍磁懸浮飛輪轉(zhuǎn)子最高轉(zhuǎn)頻F_ω。