[發(fā)明專利]一種基于參數(shù)化有限元模型的風(fēng)機(jī)主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 202010318934.5 | 申請(qǐng)日： | 2020-04-21 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN111523267B | 公開（公告）日： | 2023-05-23 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 祿盛;陳志翔;趙洋;馬瑩;陳翔;鄧聰穎 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 重慶郵電大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | G06F30/23 | 分類號(hào)： | G06F30/23;G06F30/17;G06F119/14 |
| 代理公司： | 重慶輝騰律師事務(wù)所 50215 | 代理人： | 王海軍 |
| 地址： | 400065 重*** | 國(guó)省代碼： | 重慶;50 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 參數(shù) 有限元 模型 風(fēng)機(jī) 主軸 結(jié)構(gòu) 優(yōu)化 方法 | ||
1.一種基于參數(shù)化有限元模型的風(fēng)機(jī)主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：
建立主軸系統(tǒng)三維實(shí)體模型并根據(jù)該模型建立主軸系統(tǒng)有限元模型；
采用拓?fù)鋬?yōu)化方法將主軸系統(tǒng)有限元模型中的主軸作為設(shè)計(jì)區(qū)域，主軸系統(tǒng)有限元模型中的其他部分作為非設(shè)計(jì)區(qū)域；
以主軸質(zhì)量和最大工作應(yīng)力為約束、最大化主軸剛度為目標(biāo)建立第一目標(biāo)函數(shù)，采用拓?fù)鋬?yōu)化方法求解第一目標(biāo)函數(shù)，即對(duì)主軸系統(tǒng)有限元模型進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化；第一目標(biāo)函數(shù)表示為：
s.t.KU＝F
0≤ρmin≤ρe≤1
其中，c(ρe)為結(jié)構(gòu)柔度，U為節(jié)點(diǎn)位移矩陣，K為單元?jiǎng)偠染仃嚕現(xiàn)為節(jié)點(diǎn)力矩陣，p為懲罰因子，ue為單元e的節(jié)點(diǎn)位移矩陣，k0為單元?jiǎng)偠龋琕0為人為定的體積分?jǐn)?shù)，ve為單元e的體積分?jǐn)?shù)，σmax為主軸的最大工作應(yīng)力，[σ]為主軸材料的許用應(yīng)力，σs為主軸材料的屈服強(qiáng)度；γm為局部材料安全系數(shù)，N為單元總數(shù)，ρe為單元e的材料密度，ρmin為單元e最小材料密度；
對(duì)優(yōu)化后得到的主軸系統(tǒng)拓?fù)淠Ｐ瓦M(jìn)行幾何重構(gòu)，獲得重構(gòu)的主軸系統(tǒng)三維實(shí)體模型；
針對(duì)重構(gòu)得到的主軸系統(tǒng)三維實(shí)體模型進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，并建立重構(gòu)的主軸系統(tǒng)的有限元模型；
基于重構(gòu)的主軸系統(tǒng)有限元模型，構(gòu)建使得主軸危險(xiǎn)截面的應(yīng)力達(dá)到等應(yīng)力水平、減小主軸質(zhì)量的第二目標(biāo)函數(shù)；第二目標(biāo)函數(shù)表示為：
其中，m(x)為主軸質(zhì)量；σ(x)為主軸等效應(yīng)力；
利用優(yōu)化算法對(duì)第二目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，得到重構(gòu)的系統(tǒng)三維實(shí)體模型中主軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于參數(shù)化有限元模型的風(fēng)機(jī)主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，建立主軸系統(tǒng)的三維實(shí)體模型時(shí)，考慮載荷的傳遞路徑和非線性邊界條件，主軸系統(tǒng)的三維實(shí)體模型包括主軸與輪轂、風(fēng)輪鎖緊盤、行星架、后軸承、后軸承座、主軸承、主軸承座、主軸承定距環(huán)、后軸承定距環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于參數(shù)化有限元模型的風(fēng)機(jī)主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，求解第一目標(biāo)函數(shù)采用的拓?fù)鋬?yōu)化方法為變密度法或漸進(jìn)結(jié)構(gòu)法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于參數(shù)化有限元模型的風(fēng)機(jī)主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，主軸系統(tǒng)的有限元模型建立過程中滿足：
用1D單元模擬調(diào)心滾子，設(shè)置1D單元的剛度，使之與對(duì)應(yīng)的軸承滾子剛度一致；
用六面體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，在軸承與主軸接觸點(diǎn)處細(xì)化網(wǎng)格；
將軸承外圈約束為固定支撐；
在輪轂中心施加載荷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于參數(shù)化有限元模型的風(fēng)機(jī)主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，主軸系統(tǒng)的有限元模型中模擬調(diào)心滾子的1D單元包括桿單元、梁?jiǎn)卧驈椈蓡卧?/p>
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于參數(shù)化有限元模型的風(fēng)機(jī)主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)的參數(shù)包括主軸系統(tǒng)的過渡圓弧，即：主軸大端內(nèi)外徑過渡圓弧、軸肩過渡圓弧、主軸中段過渡圓弧、主軸直徑方向尺寸；主軸尾端內(nèi)孔直徑；以及主軸內(nèi)孔錐角。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于參數(shù)化有限元模型的風(fēng)機(jī)主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，對(duì)第二目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解的優(yōu)化算法為遍歷搜索算法Screen、多目標(biāo)遺傳算法MOGA、多目標(biāo)自適應(yīng)算法AMO、基于響應(yīng)面優(yōu)化算法RSO的任一種。
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