[發明專利]發動機正時罩蓋輕量化CAE分析方法

在審

• 申請號: 202010582488.9
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111723508A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 劉建華;陶麗芳;劉芳;周兵;馬永;劉曉娟
• 申請（專利權）人: 安徽航瑞航空動力裝備有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F111/10
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 王惠萍

1.發動機正時罩蓋輕量化CAE分析方法，其特征在于，包括步驟：

S1、建立正時罩蓋初始方案有限元模型，所述正時罩蓋初始方案有限元模型包括殼體部分和初始加強筋部分，所述初始加強筋部分填充在設計空間內，所述設計空間為所述正時罩蓋初始方案有限元模型所在坐標系內允許布置加強筋的空間；

S2、對正時罩蓋初始方案有限元模型進行模態分析計算和頻率響應分析計算；

S3、對正時罩蓋初始方案有限元模型進行振動響應優化，得到加強筋分布模型；所述振動響應優化以所述殼體部分表面的響應加速度為輸出約束條件，以正時罩蓋一階模態頻率為約束，以構成所述加強筋的材料的體積在所述設計空間內所占的體積比最小為優化目標；

S4、根據拓撲分析結果云圖，確定所述正時罩蓋初始方案有限元模型的初始加強筋部分在所述設計空間的構造，并據此建立正時罩蓋的拓撲結構；

S5、建立正時罩蓋的1D殼單元模型并進行形貌優化；

S6、基于所述振動響應優化及形貌優化結果云圖，得到正時罩蓋優化方案；

S7、所述正時罩蓋優化方案，建立正時罩蓋優化模型，并進行模態、頻率響應分析和局部優化校核。

2.根據權利要求1所述的發動機正時罩蓋輕量化CAE分析方法，其特征在于，所述步驟S2包括：

S201、提取所述正時罩蓋初始方案有限元模型；

S202、通過有限元軟件，計算正時罩蓋的約束模態；

S203、通過在正時罩蓋初始方案有限元模型上的螺栓安裝點上施加隨頻率變化的單位載荷激勵，計算正時罩蓋初始方案有限元模型的各響應點的法向振動結果。

3.根據權利要求1所述的發動機正時罩蓋輕量化CAE分析方法，其特征在于，所述步驟S3中，對所述正時罩蓋初始方案有限元模型進行拓撲分析，對所述正時罩蓋初始方案有限元模型進行拓撲分析包括：

S301、對所述正時罩蓋初始方案有限元模型創建拓撲優化區域；

S302、在有限元軟件中采用變密度法，引入假想的相對密度在0~1之間的可變材料；

S303、定義正時罩蓋設計區域的單元密度為設計變量，約束條件為一階模態頻率不小于1500Hz，各響應點的最大振動速度不大于原峰值的50%，同時施加拔模約束，優化目標為設計空間的體積分數最小；

S304、提交計算，拓撲優化結果為拓撲優化區域內的材料密度值。

4.根據權利要求1所述的發動機正時罩蓋輕量化CAE分析方法，其特征在于，所述步驟S4包括：

S401、使用有限元后處理軟件打開所述拓撲優化結果并讀取；

S402、將讀取的所述材料密度值設置為≥0.3；

S403、提取所述拓撲優化區域中大于門檻值的區域；

S404、根據所述拓撲優化結果確定正時罩蓋內部材料分布。

5.根據權利要求1所述的發動機正時罩蓋輕量化CAE分析方法，其特征在于，還包括：

S8、判斷所述正時罩蓋優化模型是否滿足設計要求；若所述正時罩蓋優化模型不滿足設計要求，則調整材料密度閾值，在所述加強筋分布模型的基礎上，去除所述設計空間中在所述形貌優化結果云圖上顯示材料密度低于調整后的材料密度閾值的區域的材料，保留所述設計空間中在所述形貌優化結果云圖上顯示材料密度不低于調整后的材料密度閾值的區域的材料，直至調整后的正時罩蓋優化模型滿足設計要求。

6.根據權利要求1至5任一所述的發動機正時罩蓋輕量化CAE分析方法，其特征在于，所述步驟S5包括：

S501、定義正時罩蓋形貌優化的設計變量為設計域節點的擾動矢量，約束條件為起筋高度不大于4mm，起筋角度不大于60，起筋寬度不小于6mm，同時施加拔模約束，目標函數為一階頻率最大；

S502、提交計算，形貌優化結果為正時罩蓋底部平板區域內的最佳加筋位置和形狀；

S503、使用有限元后處理軟件打開所述形貌優化結果；

S504、讀取形貌優化結果，選擇最后迭代步，查看最后一步的最優結果；

S505、將優化后的形貌應用到現有的模型上，以方便結構的設計及校核。