[发明专利]双重变属性任意曲边截面的等强度桥壳结构及其设计方法

权利要求书

1.一种双重变属性任意曲边截面的等强度桥壳结构，其特征在于：桥壳横截面形状为任意曲边截面；所述桥壳横截面的尺寸和形状由统一的一组控制方程进行控制，方程共8个约束参数，形状参数和尺寸参数各占4个。

2.根据权利要求1所述的双重变属性任意曲边截面的等强度桥壳结构，其特征在于：桥壳横截面的控制方程为：

其中，各参数如下：外轮廓宽2A，高2B，内轮廓宽2a，高2b，这四个参数控制截面尺寸的大小；N₁,N₂,n₁,n₂为形状调和参数，这四个参数控制截面的形状。

3.根据权利要求1所述的双重变属性任意曲边截面的等强度桥壳结构，其特征在于：每个截面厚度大小沿周向和轴向不同。

4.根据权利要求1所述的双重变属性任意曲边截面的等强度桥壳结构，其特征在于：沿着桥壳长度方向，所述桥壳横截面形状具体为中部横截面设计成任意曲边形，两端与轮毂轴承配合段设计成外圆内椭圆环形；横截面形状沿桥轴变化具体表现为外圆内椭圆环形过渡到任意曲边形。

5.一种双重变属性任意曲边截面的等强度桥壳结构设计方法，其特征在于包括：

步骤S1：取长度方向一半桥壳作为设计对象，左右对称设计整个桥壳结构；

步骤S2：取一半桥壳上包含的关键截面进行优化设计，确定桥壳横截面设计变量；其中，

桥壳横截面方程为：

其中，各参数如下：外轮廓宽2A，高2B，内轮廓宽2a，高2b，这四个参数控制截面尺寸的大小；N₁,N₂,n₁,n₂为形状调和参数，这四个参数控制截面的形状；

步骤S3：对该一半桥壳进行受力分析，算出每个截面的力矩；

步骤S4：基于截面的力矩和尺寸参数约束进行截面设计变量确定，然后再代入任意曲边截面优化模型，通过Matlab编程循环求出每个截面的最优尺寸和形状参数；所述桥壳横截面任意曲边截面优化模型为：

目标函数：以截面面积最小为目标min S；

设计变量：以任意曲边截面控制方程的待定参数a、b、A、B、n₁、n₂、N₁、N₂为设计变量；

约束条件包括变量约束和最大应力值约束，其中，

变量约束：

h为截面厚度；

最大应力值约束：

步骤S5：将最优解集借助excel导入inventor三维建模软件，建立起整个桥壳模型；

步骤S6：将模型导入hypermesh进行有限元分析，将应力结果与理论值比较，得出出现应力集中区域的应力集中系数，将系数导入任意曲边截面优化模型再次求得最优解，最终设计出双重变属性任意曲边截面的等强度桥壳结构。