[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

本發明公開了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，該方法采用虛擬材料法對掃描電子顯微鏡進行結合面的動力學建模，通過引入一個虛擬材料來代替復雜的結合面區域，將結合面的非線性振動問題繞開，替換為一個虛擬材料層，通過材料參數表達結合面的動力學特性，有效避免了掃描電子顯微鏡上不同形式的結合面復雜的連接方式及多種影響因素對整體結構的振動特性影響嚴重的問題，最終得到的掃描電子顯微鏡整體結構的動力學模型更接近真實結構，建模精度大大提高，且整個方法過程更加簡單，可行性更強。

技術領域

本發明涉及裝配體結合面動力學建模技術領域，更具體的說是涉及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。

背景技術

目前，在掃描電子顯微鏡結構設計初期，需要評估掃描電子顯微鏡的動態特性，這就需要建立掃描電子顯微鏡的動力學模型，隨著計算機處理能力的不斷提升和商用軟件的不斷成熟，即便是復雜裝配體結構的動態特性，也可以使用商業軟件對其進行預判，這不僅降低了人腦勞動強度，同時也大大提高了處理效率。

但是，在實際操作過程中，由于作為掃描電子顯微鏡整體動態分析精度影響較大的結合面動力學特性受較多復雜因素的影響，如材料、表面形貌特征、接觸載荷、配對表面之間的介質如潤滑油等，還有結合面的尺寸和幾何形狀等因素，由于沒有充分的考慮零件間結合面對于振動特性的影響，或者構建得到的結合面模型誤差較大，對整個裝配體進行仿真計算后，得出的結果往往和真實情況相差甚遠，這也在很大程度上影響了掃描電子顯微鏡動態特性評估結果的準確性，給后續掃描電子顯微鏡的結構設計與分析過程帶來了更嚴峻的挑戰。

因此，如何提供一種建模精度高、操作便捷的掃描電子顯微鏡結構建模方法是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了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，該方法將橫觀各向同性虛擬材料動力學建模方法應用到掃描電子顯微鏡中，建立帶有結合面虛擬材料的有限元模型，進而得到精度更高的掃描電子顯微鏡整體結構的動力學模型，解決了現有的建模方法得到的模型與真實結構偏差大、建模過程復雜的問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

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，該方法包括以下步驟：

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；

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，進一步計算得到虛擬材料層中虛擬材料的參數；

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中求得的相對應的結合面的虛擬材料參數；

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。

本發明的有益效果是：本發明采用虛擬材料法對掃描電子顯微鏡進行結合面的動力學建模，通過引入一個虛擬材料來代替復雜的結合面區域，將結合面的非線性振動問題繞開，替換為一個虛擬材料層，通過材料參數表達結合面的動力學特性，有效避免了掃描電子顯微鏡上不同形式的結合面復雜的連接方式及多種影響因素對整體結構的振動特性影響嚴重的問題，最終得到的掃描電子顯微鏡整體結構的動力學模型更接近真實結構，建模精度大大提高，且整個方法過程更加簡單，可行性更強。