[發明專利]一種基于應力及場強分析的優化設計輪盤模擬件的方法

在審

• 申請號: 201910930227.9
• 申請日: 2019-09-29
• 公開（公告）號: CN110727999A
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發明（設計）人: 錢文學;宋帥;王英華;張鯤洋;張瑩;謝里陽
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 21109 沈陽東大知識產權代理有限公司
• 代理人: 李在川

1.一種基于應力及場強分析的優化設計輪盤模擬件的方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟1：設計模擬件結構為長為H，寬為W，厚為T的長方體，該長方體的中間部位設計有缺口，該缺口的開口半徑為R，開口深度為D，開口大小為G，傾斜角度為BETA；

步驟2：設計模擬件結構參數的約束條件；

步驟3：模擬件有限元建模；

步驟4：對輪盤進行應力試驗，獲得輪盤最大應力點處的三向主應力；

步驟5：將步驟3所述的模型的下平面固定，在上平面施加一個拉力，對模擬件進行受力分析；

步驟6：引入主應力擬合偏差系數，通過主應力擬合精度來衡量模擬件與輪盤的三向主應力比擬合程度；

步驟7：采用三維應力梯度擬合方法，通過應力梯度擬合精度來判斷模擬件的應力場與真實輪盤的應力場的擬合程度；

步驟8：如步驟6和步驟7得到的擬合結果不滿足擬合精度，則結合步驟2所述的約束條件調整步驟1所述模擬件的結構尺寸；

步驟9：重復執行步驟2至步驟8，直至得到多個滿足主應力擬合精度和應力梯度擬合精度的模擬件；

步驟10：將步驟9得到的模擬件優化結構與輪盤的等效應力生成距離—等效應力曲線圖進行比較，選取符合模擬件設計準則的模擬件數據。

2.根據權利要求1所述的一種基于應力及場強分析的優化設計輪盤模擬件的方法，其特征在于所述步驟2的過程如下：

步驟2.1：試件寬度W與開口深度D之間的關系約束：

D＜W；

開口深度和試件寬度之間要預留出一定的韌帶寬度，定義一個中間變量RD，令：

D＝RD×(W-15)+3

將RD定為設計變量，保證RD∈[0，1]，則可以保證開口深度的取值范圍為：

D∈(3，W-12)；

步驟2.2：開口深度D，開口大小G和缺口半徑R之間的關系約束：

缺口半徑一定不大于開口深度和開口大小的一半中較小的值，即滿足：

R≤min(D，G/2)

而為了滿足模擬件缺口的加工精度，缺口半徑不能太小，即：

R≥1

為了保證缺口半徑同時滿足R≤min(D，G/2)和R≥1的兩個幾何尺寸變量條件，定義中間變量缺口半徑比率RR，使滿足：

取RR為設計變量，令RR∈[0，1]，則缺口半徑可滿足上述條件；

步驟2.3：缺口偏斜角度BETA與試件厚度T，開口深度D之間的關系約束:

定義中間變量RBET，令：

設計變量RBET∈[0，1]的區間時，不會出現缺口無法穿透試件的現象。

3.根據權利要求1所述的一種基于應力及場強分析的優化設計輪盤模擬件的方法，其特征在于所述步驟6的過程如下：

步驟6.1：引入參數應力比作為比較量將三向主應力歸一化，定義：

其中，s₁、s₂和s₃分別為最大應力點處的第一主應力、第二主應力和第三主應力，單位為MPa；rst₂₁和rst₃₁為最大應力點處的第一主應力與第二主應力的比值和第一主應力與第三主應力的比值；

步驟6.2：引入主應力擬合偏差系數，來衡量模擬件與輪盤的三向主應力比擬合程度，定義：

norm_str＝|rst_21d-rst_21s|+|rst_32d-rst_31s|

其中，norm_str為模擬件與輪盤三向主應力的擬合偏差系數；rst_21d和rst_31d分別為輪盤最大應力點處的第一二主應力之比和第一三主應力之比；rst_21s和rst_31s分別為模擬件最大應力點處的第一二主應力之比和第一三主應力之比；

根據主應力擬合偏差系數可以大體估計模擬件和輪盤的擬合程度，偏差系數越小，即以norm_str為目標函數，使其越小，得到的模擬件與輪盤的擬合程度越高，可根據需要確定擬合精度，實現目標函數norm_str收斂。