[發(fā)明專利]一種流體載荷與振動載荷直接耦合的應(yīng)力仿真方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110205187.9
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN112861407A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 駱燕燕;杜世龍
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 王瑞

1.一種流體載荷與振動載荷直接耦合的應(yīng)力仿真方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

第一步、將振動載荷的頻域信號轉(zhuǎn)換為時域信號，再將時域信號從單周期拓展為多周期，得到長時間時域信號；

第二步、采用有限元分析軟件對溫度傳感器進行建模并完成前處理；

第三步、進行速度、溫度、壓力和振動四種環(huán)境載荷的直接耦合仿真，得到整個仿真時間內(nèi)溫度傳感器整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體載荷與振動載荷直接耦合的應(yīng)力仿真方法，其特征在于，第一步中，將振動載荷的頻域信號轉(zhuǎn)換為時域信號的具體方法為：

步驟1、將隨機振動的頻譜信號轉(zhuǎn)換為時域信號；

步驟2、將時域信號恢復(fù)為隨機振動的頻譜信號；

步驟3、判斷恢復(fù)前的時域信號與恢復(fù)后的隨機振動的頻譜信號是否一致；若一致則將轉(zhuǎn)換后的時域信號導(dǎo)出，否則轉(zhuǎn)到步驟1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體載荷與振動載荷直接耦合的應(yīng)力仿真方法，其特征在于，第一步中，將時域信號從單周期拓展為多周期的具體方法為：

步驟1、將單周期時域信號進行信號分離，得到單周期時間數(shù)組和單周期振幅數(shù)組；

步驟2、將單周期時間數(shù)組的時間長度進行拓展并存放到時間矩陣中，將單周期振幅數(shù)組的振幅進行周期性拓展并存放到振幅矩陣中；

步驟3、將時間矩陣轉(zhuǎn)換為多周期時間數(shù)組，將振幅矩陣轉(zhuǎn)換為多周期振幅數(shù)組；

步驟4、將多周期時間數(shù)組和多周期振幅數(shù)組一一對應(yīng)進行信號聚合，得到長時間時域信號。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體載荷與振動載荷直接耦合的應(yīng)力仿真方法，其特征在于，第二步中，采用ANSYS workbench有限元分析軟件對溫度傳感器的結(jié)構(gòu)進行建模和仿真，采用Transient Structure模塊完成仿真的前處理。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的流體載荷與振動載荷直接耦合的應(yīng)力仿真方法，其特征在于，第二步中，對溫度傳感器模型進行前處理包括導(dǎo)入溫度傳感器模型、劃分網(wǎng)格、設(shè)置接觸對以及設(shè)置溫度傳感器約束條件。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體載荷與振動載荷直接耦合的應(yīng)力仿真方法，其特征在于，第三步包括4個求解步：

第1求解步：根據(jù)燃?xì)廨啓C內(nèi)部實際流場條件，在Fluent模塊中設(shè)置流體的速度載荷和溫度載荷，然后將Fluent模塊與力學(xué)模塊級聯(lián)構(gòu)成流固耦合，再通過流固耦合將速度載荷和溫度載荷傳遞到溫度傳感器與流體的接觸面上；

第2求解步的步長設(shè)置為施加溫度載荷、壓力載荷與速度載荷達(dá)到穩(wěn)定需要的時間，第2求解步的子步數(shù)為1；

第3求解步的步長設(shè)置為第2求解步的步長與第一步得到的長時間時域信號的時間長度之和；根據(jù)第3求解步中子步的步長設(shè)置第3求解步的子步數(shù)，第3求解步的子步步長不大于長時間時域信號變化的最小時間長度；

第4求解步：將壓力載荷施加在整個溫度傳感器上，將第一步得到的長時間時域信號作為振動載荷施加在溫度傳感器的螺紋固定處，進行直接耦合仿真，得到整個仿真時間內(nèi)溫度傳感器整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體載荷與振動載荷直接耦合的應(yīng)力仿真方法，其特征在于，對第三步得到的整個仿真時間內(nèi)溫度傳感器整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布進行后處理得到溫度傳感器在溫度、壓力、速度與振動四種載荷耦合下的仿真最大值。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的流體載荷與振動載荷直接耦合的應(yīng)力仿真方法，其特征在于，對第三步得到的整個仿真時間內(nèi)溫度傳感器整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布進行后處理的具體步驟如下：

1)根據(jù)第三步得到的整個仿真時間內(nèi)溫度傳感器整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布找到溫度傳感器薄弱點；

2)獲得溫度傳感器薄弱點在整個仿真時間內(nèi)的應(yīng)力變化情況；

3)找到溫度傳感器薄弱點應(yīng)力積累最大的時刻；

4)獲得溫度傳感器薄弱點應(yīng)力積累最大時刻對應(yīng)的溫度傳感器的整體應(yīng)力、應(yīng)變和形變結(jié)果，得到溫度傳感器在溫度、壓力、速度與振動四種載荷耦合下的仿真最大值。