[發明專利]基于實際邊界約束的零件有限元分析方法、設備及介質

在審

• 申請號: 202210738989.0
• 申請日: 2022-06-27
• 公開（公告）號: CN115114823A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 周健松;黃運保;楊煜俊;梁俊杰
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學;廣東省機器人創新中心有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司 44100
• 代理人: 吳澤燊

本發明公開了一種基于實際邊界約束的零件有限元分析方法、設備及介質，所述方法包括如下步驟：S1、建立待優化零部件有限元模型，設置模型的材料參數；S2、對待優化零部件進行實驗測量，獲得待優化零部件的實際約束邊界的位移情況；S3、根據模型、實際約束邊界的位移情況，進行應力分析；S4、根據模型、實際約束邊界的位移情況、工作載荷及應力分析結果，對待優化零部件進行拓撲優化；S5、根據優化后的零部件，重復步驟S2、S3，判斷拓撲優化是否達到預期效果。本發明可以根據待優化零部件的實際約束邊界的位移情況及應力分析結果，對零部件進行拓撲優化，通過二次實驗測量和二次應力分析，檢驗拓撲優化是否達到預期效果。

技術領域

本發明屬于機器人結構分析技術領域，具體涉及一種基于實際邊界約束的零件有限元分析方法、設備及介質。

背景技術

在機器人結構設計過程中，在不影響產品使用要求的情況下會進行拓撲優化——根據給定的負載情況、約束條件和性能指標，在給定的區域內對材料分布進行結構優化。一般而言，機器人零部件數量繁多且結構復雜，對整體機器人進行拓撲優化耗時長久且效率較低。傳統的機器人拓撲優化方法是提取需要優化的機器人部件，建立對應結構的有限元模型，然后基于等效邊界條件，即將與機器人其他部件連接的位置設為固定約束。根據負載進行有限元應力分析，最后通過優化算法從設計域中確定材料分布形成新的機器人結構

一般拓撲優化過程中，會對機器人零部件連接的部位設置為固定約束，將邊界的部分或全部自由度變性約束設為零。但實際機器人在正常工況下，連接邊界幾乎不會固定不動，會根據負載發生輕微的偏移。兩者之間的差異會影響機器人有限元應力分析得到的應力分布結果，無法準確計算邊界及其附近的應力分布，從而影響后續的疲勞分析及拓撲優化結果。

發明內容

為了克服上述技術缺陷，本發明提供了一種基于實際邊界約束的零件有限元分析方法。

為了解決上述問題，本發明按以下技術方案予以實現的：

一種基于實際邊界約束的零件有限元分析方法，所述方法包括如下步驟：

S1、建立待優化零部件有限元模型，設置模型的材料參數；

S2、對待優化零部件進行實驗測量，獲得待優化零部件的實際約束邊界的位移情況；

S3、根據模型、實際約束邊界的位移情況，進行應力分析；

S4、根據模型、實際約束邊界的位移情況、工作載荷及應力分析結果，對待優化零部件進行拓撲優化；

S5、根據優化后的零部件，重復步驟S2、S3，判斷拓撲優化是否達到預期效果。

進一步的，在步驟S1中，包括步驟：

對機器人結構進行簡化，確定待優化零部件；

根據待優化零部件的形狀、尺寸，建立待優化零部件有限元模型；

根據待優化零部件的形狀、尺寸及屬性，設置有限元模型材料參數。

進一步的，在步驟S2中，還包括步驟：

當機器人處于設計階段或其他情況時，對零件進行運動仿真或采用相似結構的零件進行實驗測量。

進一步的，在步驟S4中，包括步驟：

設定設計域和非設計域；

確定優化的目標函數和拓撲優化的約束條件；

根據模型、實際約束邊界的位移情況、工作載荷、應力分析結果及目標函數和約束條件，進行優化。

進一步的，在步驟S5中，包括如下步驟：

根據優化后的零部件，進行實驗測量，獲得實際約束邊界的二次位移情況；