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

在審

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

本發(fā)明公開了一種流體載荷與振動(dòng)載荷直接耦合的應(yīng)力仿真方法，包括：將振動(dòng)載荷的頻域信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)域信號(hào)，再將時(shí)域信號(hào)從單周期拓展為多周期，得到長(zhǎng)時(shí)間時(shí)域信號(hào)；采用有限元分析軟件對(duì)溫度傳感器進(jìn)行建模并完成前處理；進(jìn)行速度、溫度、壓力和振動(dòng)四種環(huán)境載荷的直接耦合仿真，得到整個(gè)仿真時(shí)間內(nèi)溫度傳感器整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布?；诒景l(fā)明提出的四種載荷直接耦合的仿真方法得到的溫度傳感器的綜合應(yīng)力仿真，能夠?qū)崿F(xiàn)在長(zhǎng)時(shí)間多種環(huán)境載荷的直接耦合仿真，獲得溫度傳感器在長(zhǎng)時(shí)間下的應(yīng)力、應(yīng)變及其形變的變化情況，以及溫度傳感器薄弱位置的應(yīng)力積累情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于惡劣環(huán)境下溫度傳感器的可靠性分析領(lǐng)域，具體是一種燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部相應(yīng)溫度、速度、壓力的流體與振動(dòng)耦合的一種多載荷綜合應(yīng)力仿真方法。

背景技術(shù)

燃?xì)廨啓C(jī)用熱電偶溫度傳感器具有較好的優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于航空、航天與艦船發(fā)動(dòng)機(jī)的檢測(cè)等復(fù)雜惡劣環(huán)境，這種溫度傳感器工作過程主要在惡劣的復(fù)雜環(huán)境中，對(duì)溫度傳感器的使用性能、成本及壽命有較大的影響，而且會(huì)影響燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性。

溫度傳感器工作的環(huán)境可能同時(shí)存在高溫、高壓、高速度以及振動(dòng)等多種環(huán)境，通過實(shí)際環(huán)境測(cè)試評(píng)估溫度傳感器的可靠性變得極為困難。在實(shí)際的測(cè)試環(huán)境中，只能進(jìn)行三種環(huán)境載荷的耦合測(cè)試，比如溫度與壓力與速度耦合，目前還不能進(jìn)行振動(dòng)應(yīng)力之間的耦合測(cè)試，因此，多種載荷耦合的仿真方法變得極為重要。

ANSYS workbench軟件能夠用于對(duì)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、剛體動(dòng)力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)熱、電磁場(chǎng)以及耦合場(chǎng)等進(jìn)行分析模擬，但該軟件自身還存在很多不足之處，需要改進(jìn)和優(yōu)化：

首先，在頻域的仿真中只能采取有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)與振動(dòng)的耦合方式，有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)與振動(dòng)的耦合方式是在有溫度、壓力和速度載荷影響下的振動(dòng)仿真，只能得到有溫度、壓力與速度影響下的振動(dòng)仿真結(jié)果，其中，溫度、壓力以及速度會(huì)影響振動(dòng)結(jié)果；但是不能得到溫度、壓力、速度和振動(dòng)共同作用的仿真結(jié)果；采取有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)與振動(dòng)的耦合方式來獲得振動(dòng)的最大響應(yīng)，無法得到長(zhǎng)時(shí)間下溫度傳感器處于四種應(yīng)力下的應(yīng)力應(yīng)變情況，且模態(tài)與振動(dòng)的耦合仿真方法只能得到一個(gè)粗略的結(jié)果。

其次，模態(tài)與振動(dòng)耦合的仿真方式中載荷施加的邊界條件和靜態(tài)仿真中溫度與壓力的載荷施加邊界條件存在沖突，溫度傳感器綜合應(yīng)力仿真中，溫度、壓力與速度的仿真采用溫度傳感器結(jié)構(gòu)的螺紋面固定的約束方式，這與實(shí)際的工作環(huán)境相近；對(duì)于振動(dòng)的仿真，一般采用固定的約束方式，但是采用溫度傳感器螺紋處固定的約束方式，很難模擬同時(shí)具有溫度、壓力、振動(dòng)等環(huán)境載荷下溫度傳感器的實(shí)際邊界情況。

最后，采取有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)與振動(dòng)的耦合方式難以導(dǎo)出初始應(yīng)力文件，該初始應(yīng)力文件主要用于靜態(tài)仿真中與溫度、壓力與速度進(jìn)行間接耦合。目前只能采用工況疊加的方式來進(jìn)行四種應(yīng)力的結(jié)果疊加，工況疊加的方式帶來了較大的方法誤差，這種方式是多種載荷仿真結(jié)果的疊加，不能體現(xiàn)出各種載荷相互影響下的結(jié)果。根據(jù)以上分析可知，具有預(yù)應(yīng)力模態(tài)與振動(dòng)的耦合方式的邊界約束、多種環(huán)境應(yīng)力的間接耦合導(dǎo)致方法誤差和頻域如何導(dǎo)出初始應(yīng)力文件成為一個(gè)亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種流體載荷與振動(dòng)載荷直接耦合的應(yīng)力仿真方法。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，提供一種流體載荷與振動(dòng)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(dòng)載荷的頻域信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)域信號(hào)，再將時(shí)域信號(hào)從單周期拓展為多周期，得到長(zhǎng)時(shí)間時(shí)域信號(hào)；

第二步、采用有限元分析軟件對(duì)溫度傳感器進(jìn)行建模并完成前處理；

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

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果在于：