[发明专利]一种基于数字孪生的矿山液压支架设计方法

说明书

本发明一种基于数字孪生的矿山液压支架设计方法，属于矿山液压支架设计技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种基于数字孪生的矿山液压支架设计方法的改进；解决该技术问题采用的技术方案为：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，使用相应软件简化模型，建立仿真模型并划分网格，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；使用数字化样机和拓扑优化，使用系统利用数据融合、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，本发明应用于矿山液压支架设计。

技术领域

本发明一种基于数字孪生的矿山液压支架设计方法，属于矿山液压支架设计技术领域。

背景技术

数字孪生技术是制造企业迈向工业4.0战略目标的关键技术，通过掌握产品信息及其生命周期过程的数字思路将所有阶段(产品创意、设计、制造规划、生产和使用)衔接起来，并连接到可以理解这些信息并对其做出反应的生产智能设备。数字孪生作为人类解构、描述、认识物理世界的新一代信息技术，直接面向人工智能国家战略中解决先进制造、能源工业等任务需求，是当今计算机仿真和图像处理领域中一个非常活跃的研究方向，已经成为全球信息技术发展的新焦点，其成果直接应用于航天航空、先进制造、能源开采、智慧城市、视频监控、人机交互等领域。

液压支架是煤矿开采的关键设备之一，其可靠性和安全性直接影响着生产的正常进行，目前液压支架的强度校核多根据国标通用技术条件规定的工况进行试验来保证产品的安全性，由于相关规定的工况较多，因而在设计液压支架实用结构的实验时间周期过长，最终得到设计产品的可靠性也无法进行验证和保障，在高成本的产品设计投入中，得到的产品质量较差，降低了产品的交付速度。

目前仍然没有基于数字孪生技术进行液压支架设计的方案，如果该技术可以实现，则在液压支架设计开发阶段可采用有限元的方法进行模拟和仿真，并通过拓扑优化方案解决试验周期带来的影响，其仿真结果能够快速反馈到数字模型上，以提高设计产品的可靠性，缩短设计周期。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于数字孪生的矿山液压支架设计方法的改进。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于建立数字孪生模型的矿山液压支架设计方法，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；