[发明专利]一种面向需求基于几何特征驱动轮盘结构交互式设计方法

权利要求书

1.一种面向需求基于几何特征驱动轮盘结构交互式设计方法，其特征在于：其具体步骤如下：

步骤一：输入轮盘二维几何构型控制点坐标值，输入该坐标值通过两种方式，一种是由已知轮盘二维几何构型控制点坐标值导入，首先将轮盘二维几何构型控制点坐标值一个紧挨一个输入到表格即Excel中，然后导入Excel表格数据；另一种是由已知轮盘计算机辅助设计即CAD几何模型导入，首先在CAD软件中利用“属性提取”即“EATTEXT”命令来提取轮盘二维几何构型控制点坐标值，输出Excel表格数据，然后导入Excel表格数据，并对数据进行排序，使相邻轮盘二维几何构型控制点紧挨围成一个封闭图形；根据输入数据自动生成轮盘二维几何构型，并显示轮盘二维几何构型控制点以及将轮盘二维几何构型控制点坐标值显示在表格中；

步骤二：对轮盘二维几何构型进行轮盘轴对称有限元模型的建立，其具体作法如下；

首先，先把涵盖欲划分区域的最大矩形分为结构化网格；

其次，移除边界外的节点，生成三角形网格；

最后，输出节点编号及其对应的坐标和网格编号及其构成的节点编号；

步骤三：对建立的轮盘轴对称有限元模型进行结构分析，其具体作法如下；

首先，将建立的轮盘轴对称有限元模型导入到有限元计算程序中，定义相应的材料参数，给定轮缘温度和盘心温度，通过稳态传热分析得到轮盘温度分布；

然后，重新将建立的轮盘轴对称有限元模型导入有限元计算程序中，定义相应的材料参数，给定转速、轮缘外载、轮盘温度场以及位移约束条件，通过静力分析得到轮盘应力分布以及轮盘重量，注意关注轮盘应力集中位置盘心处应力水平；

其次，根据有应力应变分析结果以及材料疲劳参数，利用考虑应力集中影响的寿命方程获得轮盘寿命；

最后，根据应力应变分析结果以及材料参数，计算获得轮盘子午面破裂转速和径向破裂转速；

步骤四：根据设计需求，通过鼠标拖动轮盘二维几何构型控制点来改变轮盘二维几何构型并自动进行轮盘二维几何构型控制点坐标值显示、轮盘轴对称有限元模型建立和有限元计算，显示轮盘重量、有限元分析结果、疲劳寿命预测结果、子午面破裂转速和径向破裂转速；对调整好位置的轮盘二维几何构型控制点进行固定，使其不能被拖动；根据需要对已固定的轮盘二维几何构型控制点进行释放，使其继续能被拖动；对需要关注的位置，根据需要能够插入轮盘二维几何构型控制点并进行拖动；经过对轮盘二维几何构型控制点拖动、固定、释放以及插入，最终获得满足设计需求的轮盘二维几何构型并输出CAD模型；

通过以上步骤，最终实现能够通过鼠标拖动轮盘二维几何构型控制点，自动进行轮盘重量计算、应力应变分析、疲劳寿命预测、子午面破裂转速计算和径向破裂转速计算，同时还能够自动显示动轮盘二维几何构型控制点坐标值变化，提高了轮盘结构设计效率，避免以往在设计时，每改变方案就需要人为重新建模带来的时间和人力的浪费。

2.根据权利要求1所述的一种面向需求基于几何特征驱动轮盘结构交互式设计方法，其特征在于：

在步骤一中所述的“轮盘二维几何构型”，是指轮盘子午面二维几何图形；所述的“轮盘二维几何构型控制点”，是指确定轮盘二维几何构型的数据点；所述的“控制点坐标值”，是指确定轮盘二维几何构型数据点的横坐标与纵坐标。

3.根据权利要求1所述的一种面向需求基于几何特征驱动轮盘结构交互式设计方法，其特征在于：

在步骤二中所述的“轮盘轴对称有限元模型”，是指对轮盘二维几何构型进行三角形网格划分，最终获得由三角形网格组成的模型；所述的“结构化网格”，是指四边形网格；所述的“节点编号”，是指对组成三角形网格的所有节点从“1”开始顺序编号；所述的“网格编号”，是指对组成几何模型的三角形网格从“1”开始编号。

4.根据权利要求1所述的一种面向需求基于几何特征驱动轮盘结构交互式设计方法，其特征在于：

在步骤三中所述的“考虑应力集中影响的寿命方程”，表达式如下：

ε_a表示应变幅值，Y表示应力梯度影响因子，m表示应力梯度影响指数，ψ表示断面收缩率，σ_b表示拉伸强度极限，E表示弹性模量，b表示疲劳强度指数，R′表示局部应变比，γ表示材料常数，c表示疲劳延性指数。