[发明专利]一种基于数字孪生的矿山液压支架设计方法

权利要求书

1.一种基于建立数字孪生模型的矿山液压支架设计方法，其特征在于：包括如下设计步骤：

步骤S10：使用SolidWorks或NX软件建立数字化模型，该模型包含驱动骨架图和装配组体，所述数字化模型具体的建立步骤为：

步骤S101：通过液压支架的总体设计建立用于驱动部件的参数骨架；

步骤S102：根据参数骨架和设计规范完成液压支架零部件的详细设计；

步骤S103：部件参数骨架通过铰接轴和千斤顶完善总体骨架设计；

步骤S104：通过总体骨架设计完成数字化样机的总体装配，驱动总体骨架调节支架的运动趋势和姿态变化；

步骤S105：通过运动仿真验证不同工况下的产品结构，完善数字化样机模型；

步骤S20：使用SolidWorks或NX软件简化模型，建立仿真模型，使用HyperWorks或NX软件划分网格，使用ABAQUS和NX Nastran软件设置仿真工况和边界条件，采用有限元分析方法进行仿真，通过液压支架试验台采集数据，根据神经网络算法处理数据对比仿真结果，拓扑优化网格划分和边界条件，降低仿真误差；

所述拓扑优化具体的操作步骤为：

步骤S201：使用SolidWorks或NX软件去除与仿真无关的部件和零件，简化数字化样机模型，建立仿真模型并设置零部件之间的连接关系；

步骤S202：使用HyperWorks或NX软件对步骤S201中的仿真模型设置材料及其参数，采用二阶四面体单元和一阶六面体单元对结构件进行划分进行网格划分，得到液压支架的有限元模型；

步骤S203：根据液压支架主体结构件强度试验要求，使用ABAQUS和NX Nastran软件设置全部工况，调整相应的垫块尺寸，采用内加载的方式模拟立柱、设置载荷大小、设置摩擦接触，然后对分析结果进行应力和位移云图的展示和分析；

步骤S204：根据液压支架主体结构件强度试验要求，针对各工况和疲劳试验要求的组合加载，每次设置8个应力检测点，每个检测点均用高精度电阻式应变片测量应变量，将高精度电阻式应变片的导线连接到控制台接线箱，采集液压支架试验过程中的应变数据，使用LSTM数据预处理算法和BP神经网络处理数据，然后将处理后的数据与应力和位移云图对比，调整步骤S202和S203中网格的划分和边界条件，使仿真模拟趋近与真实试验结果，降低仿真误差；

步骤S205：结合有限元分析进行拓扑优化；

步骤S30：使用数字化样机和拓扑优化，通过PDM系统，利用数据融合、深度学习和数据孪生的交互映射，将孪生数据同步映射到数字化样机，形成数字孪生模型，具体步骤为：

步骤S301：根据步骤S20中有限元分析的结果，结合有限元分析的拓扑优化，通过步骤S10中建立的数字化模型优化支架设计，建立动态反馈；

步骤S302：孪生数据同步映射包含物理模型的一切相关数据信息，包括液压支架仿真模型的边界条件和数据，同时通过PDM系统实时更新数据、调整参数优化数字化模型，实现模型的迭代优化，进而优化设计方法。