[發明專利]一種拋物線-圓弧形封頭結構優化設計方法

有效

• 申請號: 201711474495.1
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN107895098B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 蘇文獻;陳嘉雯;李波;黃文彬;熊麗敏;季思園;凌一瑋;趙婉瑄;李業勤
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F111/04
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

1.一種拋物線-圓弧形封頭結構優化設計方法，用于設計拋物線-圓弧形封頭，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，設定拋物線-圓弧形封頭的特征參數以及初始設計參數，所述特征參數為筒體的幾何尺寸，所述初始設計參數為所述拋物線-圓弧形封頭的曲率中心的坐標值以及曲率半徑；

步驟二，根據所述特征參數以及所述初始設計參數建立二維幾何模型；

步驟三，將所述二維幾何模型的應力最小時對應的函數確定為目標函數；

步驟四，設定所述初始設計參數的變量范圍；

步驟五，使用有限元分析軟件，設置約束以及載荷對所述初始設計參數進行優化分析得到初始設計參數對應的應力強度值；

步驟六，將所述應力強度值代入所述目標函數，判斷所述目標函數是否收斂且滿足約束條件，若不滿足則修改所述初始設計參數并返回步驟五；

步驟七，當所述目標函數收斂且滿足約束條件時，得到最優設計參數，該最優設計參數為曲率中心C的坐標(α、β)以及曲率半徑R；

步驟八，根據所述曲率中心C的坐標(α、β)以及曲率半徑R構建所述拋物線-圓弧形封頭的中間面，

其中，在步驟五中，優化分析的數學優化模型為：

式中，f是數值計算得到的拋物線-圓弧型封頭的應力值，α、β、R是拋物線-圓弧型封頭的曲率中心C的橫坐標值、縱坐標值以及曲率半徑，P是封頭承受的內壓，σ_max為拋物線-圓弧型封頭的最大應力值。

2.根據權利要求1所述的拋物線-圓弧形封頭結構優化設計方法，其特征在于：

其中，所述中間面的形成步驟如下：

在平面直角坐標中，作曲線y＝f(x)＝Axⁿ(A＞0,x≥0,2＜n≤3)，

所述曲線上一點M(1，A)的曲率中心C的坐標為(α，β)，曲率半徑為R，β＝A²(2n²-n)+1，

當n＞2、A＞0時，令α＜0，則C點在y軸左側，以C點為圓心，以R為半徑，過M點作圓弧交直線y＝β于點O``，直線y＝β和y軸交于點O`，

令O`O``＝h、O`O＝r＝β，以y＝β為旋轉軸，由拋物線段OM和圓弧線段MO``構成的曲線，繞y＝β軸旋轉得封頭的中間面OMO``。

3.根據權利要求1所述的拋物線-圓弧形封頭結構優化設計方法，其特征在于：

其中，在步驟五中，優化分析的初始條件為拋物線-圓弧形封頭的約束以及內壓。