[發明專利]基于結合面虛擬材料法的掃描電子顯微鏡結構建模方法

有效

• 申請號: 202010159145.1
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111523259B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 桂昊;付永領;李萬國
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G16C60/00;G06F119/14
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 符繼超

1.一種基于結合面虛擬材料法的掃描電子顯微鏡結構建模方法，其特征在于，包括：

步驟1：在掃描電子顯微鏡受到振動時的振動傳遞路徑上，選取各個關鍵結合面；

所述步驟1中選取的關鍵結合面包括鏡筒法蘭上部與高壓生成連接架間的圓環結合柱面、上下鏡筒法蘭配合的圓環結合平面、鏡筒中部與鏡筒下部間配合的圓環結合平面、鏡筒下部與連接座間配合的圓環結合平面、連接座與物鏡間配合的圓環結合平面以及連接座與主真空腔連接的圓環結合平面；

步驟2：根據實際裝配情況，分析每個關鍵結合面受到的法向載荷，并計算每個關鍵結合面的等效粗糙結合面參數，進一步計算得到每個關鍵結合面的虛擬材料層中虛擬材料的參數；具體包括：

步驟201：根據實際裝配情況獲取每個關鍵結合面處各個螺栓的預緊力，計算總的螺栓預緊力矩；

步驟202：根據總的螺栓預緊力矩與法向壓力的關系，計算關鍵結合面受到的法向荷載；

步驟203：根據法向荷載，計算關鍵結合面法向接觸剛度，并根據關鍵結合面分形參數，使用EXCEL單變量求解，得到關鍵結合面的等效粗糙結合面參數；

步驟204：根據等效粗糙結合面參數，使用結合面等效橫觀各向同性虛擬材料理論公式，計算得到關鍵結合面的虛擬材料層中虛擬材料的參數；

關鍵結合面法向接觸剛度的計算公式為：

式中，K_n1表示單個微凸體在彈性接觸變形階段的法向接觸剛度，a表示結合面的微接觸點面積，n(a)表示結合面的微接觸點面積a的密度分布函數，K_nep1表示單個微凸體在彈塑性接觸變形第一階段的法向接觸剛度，D表示等效粗糙表面的分形維數；

步驟3：在有限元軟件中，在建立的掃描電子顯微鏡的整體有限元模型基礎上，對每個關鍵結合面處的兩側零件分別進行切分得到兩個厚度0 .5mm的切片，并組合后形成一個虛擬材料層，所述虛擬材料層在有限元模型中表現為一個片狀零件實體；

步驟4：在有限元模型中，將得到的每個片狀零件實體與切后的兩側零件的接觸方式設定為固定連接，并將每個片狀零件實體的材料參數設定為所述步驟2中求得的相對應的關鍵結合面的虛擬材料層中虛擬材料的參數；

步驟5：檢測處理后的掃描電子顯微鏡整體虛擬材料有限元模型，確保所有結合面的接觸方式均為固定連接，所有片狀零件實體的參數均設定完畢，得到掃描電子顯微鏡整體結構的動力學模型。

2.根據權利要求1所述的一種基于結合面虛擬材料法的掃描電子顯微鏡結構建模方法，其特征在于，所述虛擬材料的參數包括彈性常數、材料厚度和密度。

3.根據權利要求2所述的一種基于結合面虛擬材料法的掃描電子顯微鏡結構建模方法，其特征在于，所述彈性常數包括材料沿z軸方向的彈性模量、材料沿x軸或y軸方向的彈性模量、在x-z平面或y-z平面內沿x軸或y軸方向剪切的切變模量、在x-z平面或y-z平面內沿z軸方向的拉壓泊松比、在x-y平面內沿x軸方向的拉壓泊松比、材料密度及厚度。