[发明专利]发动机正时罩盖轻量化CAE分析方法

权利要求书

1.发动机正时罩盖轻量化CAE分析方法，其特征在于，包括步骤：

S1、建立正时罩盖初始方案有限元模型，所述正时罩盖初始方案有限元模型包括壳体部分和初始加强筋部分，所述初始加强筋部分填充在设计空间内，所述设计空间为所述正时罩盖初始方案有限元模型所在坐标系内允许布置加强筋的空间；

S2、对正时罩盖初始方案有限元模型进行模态分析计算和频率响应分析计算；

S3、对正时罩盖初始方案有限元模型进行振动响应优化，得到加强筋分布模型；所述振动响应优化以所述壳体部分表面的响应加速度为输出约束条件，以正时罩盖一阶模态频率为约束，以构成所述加强筋的材料的体积在所述设计空间内所占的体积比最小为优化目标；

S4、根据拓扑分析结果云图，确定所述正时罩盖初始方案有限元模型的初始加强筋部分在所述设计空间的构造，并据此建立正时罩盖的拓扑结构；

S5、建立正时罩盖的1D壳单元模型并进行形貌优化；

S6、基于所述振动响应优化及形貌优化结果云图，得到正时罩盖优化方案；

S7、所述正时罩盖优化方案，建立正时罩盖优化模型，并进行模态、频率响应分析和局部优化校核。

2.根据权利要求1所述的发动机正时罩盖轻量化CAE分析方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

S201、提取所述正时罩盖初始方案有限元模型；

S202、通过有限元软件，计算正时罩盖的约束模态；

S203、通过在正时罩盖初始方案有限元模型上的螺栓安装点上施加随频率变化的单位载荷激励，计算正时罩盖初始方案有限元模型的各响应点的法向振动结果。

3.根据权利要求1所述的发动机正时罩盖轻量化CAE分析方法，其特征在于，所述步骤S3中，对所述正时罩盖初始方案有限元模型进行拓扑分析，对所述正时罩盖初始方案有限元模型进行拓扑分析包括：

S301、对所述正时罩盖初始方案有限元模型创建拓扑优化区域；

S302、在有限元软件中采用变密度法，引入假想的相对密度在0~1之间的可变材料；

S303、定义正时罩盖设计区域的单元密度为设计变量，约束条件为一阶模态频率不小于1500Hz，各响应点的最大振动速度不大于原峰值的50%，同时施加拔模约束，优化目标为设计空间的体积分数最小；

S304、提交计算，拓扑优化结果为拓扑优化区域内的材料密度值。

4.根据权利要求1所述的发动机正时罩盖轻量化CAE分析方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

S401、使用有限元后处理软件打开所述拓扑优化结果并读取；

S402、将读取的所述材料密度值设置为≥0.3；

S403、提取所述拓扑优化区域中大于门槛值的区域；

S404、根据所述拓扑优化结果确定正时罩盖内部材料分布。

5.根据权利要求1所述的发动机正时罩盖轻量化CAE分析方法，其特征在于，还包括：

S8、判断所述正时罩盖优化模型是否满足设计要求；若所述正时罩盖优化模型不满足设计要求，则调整材料密度阈值，在所述加强筋分布模型的基础上，去除所述设计空间中在所述形貌优化结果云图上显示材料密度低于调整后的材料密度阈值的区域的材料，保留所述设计空间中在所述形貌优化结果云图上显示材料密度不低于调整后的材料密度阈值的区域的材料，直至调整后的正时罩盖优化模型满足设计要求。

6.根据权利要求1至5任一所述的发动机正时罩盖轻量化CAE分析方法，其特征在于，所述步骤S5包括：

S501、定义正时罩盖形貌优化的设计变量为设计域节点的扰动矢量，约束条件为起筋高度不大于4mm，起筋角度不大于60，起筋宽度不小于6mm，同时施加拔模约束，目标函数为一阶频率最大；

S502、提交计算，形貌优化结果为正时罩盖底部平板区域内的最佳加筋位置和形状；

S503、使用有限元后处理软件打开所述形貌优化结果；

S504、读取形貌优化结果，选择最后迭代步，查看最后一步的最优结果；

S505、将优化后的形貌应用到现有的模型上，以方便结构的设计及校核。