[发明专利]一种基于应力及场强分析的优化设计轮盘模拟件的方法

权利要求书

1.一种基于应力及场强分析的优化设计轮盘模拟件的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：设计模拟件结构为长为H，宽为W，厚为T的长方体，该长方体的中间部位设计有缺口，该缺口的开口半径为R，开口深度为D，开口大小为G，倾斜角度为BETA；

步骤2：设计模拟件结构参数的约束条件；

步骤3：模拟件有限元建模；

步骤4：对轮盘进行应力试验，获得轮盘最大应力点处的三向主应力；

步骤5：将步骤3所述的模型的下平面固定，在上平面施加一个拉力，对模拟件进行受力分析；

步骤6：引入主应力拟合偏差系数，通过主应力拟合精度来衡量模拟件与轮盘的三向主应力比拟合程度；

步骤7：采用三维应力梯度拟合方法，通过应力梯度拟合精度来判断模拟件的应力场与真实轮盘的应力场的拟合程度；

步骤8：如步骤6和步骤7得到的拟合结果不满足拟合精度，则结合步骤2所述的约束条件调整步骤1所述模拟件的结构尺寸；

步骤9：重复执行步骤2至步骤8，直至得到多个满足主应力拟合精度和应力梯度拟合精度的模拟件；

步骤10：将步骤9得到的模拟件优化结构与轮盘的等效应力生成距离—等效应力曲线图进行比较，选取符合模拟件设计准则的模拟件数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于应力及场强分析的优化设计轮盘模拟件的方法，其特征在于所述步骤2的过程如下：

步骤2.1：试件宽度W与开口深度D之间的关系约束：

D＜W；

开口深度和试件宽度之间要预留出一定的韧带宽度，定义一个中间变量RD，令：

D＝RD×(W-15)+3

将RD定为设计变量，保证RD∈[0，1]，则可以保证开口深度的取值范围为：

D∈(3，W-12)；

步骤2.2：开口深度D，开口大小G和缺口半径R之间的关系约束：

缺口半径一定不大于开口深度和开口大小的一半中较小的值，即满足：

R≤min(D，G/2)

而为了满足模拟件缺口的加工精度，缺口半径不能太小，即：

R≥1

为了保证缺口半径同时满足R≤min(D，G/2)和R≥1的两个几何尺寸变量条件，定义中间变量缺口半径比率RR，使满足：

取RR为设计变量，令RR∈[0，1]，则缺口半径可满足上述条件；

步骤2.3：缺口偏斜角度BETA与试件厚度T，开口深度D之间的关系约束:

定义中间变量RBET，令：

设计变量RBET∈[0，1]的区间时，不会出现缺口无法穿透试件的现象。

3.根据权利要求1所述的一种基于应力及场强分析的优化设计轮盘模拟件的方法，其特征在于所述步骤6的过程如下：

步骤6.1：引入参数应力比作为比较量将三向主应力归一化，定义：

其中，s₁、s₂和s₃分别为最大应力点处的第一主应力、第二主应力和第三主应力，单位为MPa；rst₂₁和rst₃₁为最大应力点处的第一主应力与第二主应力的比值和第一主应力与第三主应力的比值；

步骤6.2：引入主应力拟合偏差系数，来衡量模拟件与轮盘的三向主应力比拟合程度，定义：

norm_str＝|rst_21d-rst_21s|+|rst_32d-rst_31s|

其中，norm_str为模拟件与轮盘三向主应力的拟合偏差系数；rst_21d和rst_31d分别为轮盘最大应力点处的第一二主应力之比和第一三主应力之比；rst_21s和rst_31s分别为模拟件最大应力点处的第一二主应力之比和第一三主应力之比；

根据主应力拟合偏差系数可以大体估计模拟件和轮盘的拟合程度，偏差系数越小，即以norm_str为目标函数，使其越小，得到的模拟件与轮盘的拟合程度越高，可根据需要确定拟合精度，实现目标函数norm_str收敛。