[发明专利]一种基于流固耦合分析的静压导轨设计方法

权利要求书

1.一种基于流固耦合分析的静压导轨设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.根据液体静压导轨结构参数建立结构体有限元模型和油膜流场的有限元模型，并对油膜的有限元模型进行预处理；

S2.采用集总法计算槽内油压作为油垫的初始内边界条件，油垫的外边界条件始终设置为大气压；

S3.推导偏微分控制方程的等效积分弱形式及其相应的边界条件，并进行有限元离散化；

S4.求解变形场和压力场相关的残差向量，采用Newton-Raphson迭代算法求解其切向刚度矩阵，建立流固耦合计算模型；

S5对FSI有限元模型进行求解；

S6.计算出各节流孔后对应的压力(P_ao)；

S7.将压力(P_ao)与最后给定的凹槽油压(P_op)进行比较，如果两者之间的差值大于收敛值，迭代过程将生成新的P_op并更新有限元模型油垫内部边界条件，有限元模型的下一步计算将继续进行，直到P_ao与P_op的差值满足收敛条件，整个迭代计算结束。

2.根据权利要求1所述的一种基于流固耦合分析的静压导轨设计方法，其特征在于：所述S2的具体方法为：

液体静压导轨整个固体域的边界条件由以下三组关系表示：

在固体位移边界上有

在固体的力边界上有

在固液交界面上有σ·n_s＝-Pn_f

上式中，u为位移边界条件，为牵引边界条件；

流体域的边界条件表示为：

在出口处有P＝P_d

在与空气接触的表面上有P＝P₀

在固液交界面上有Pn_f＝-σn_s

其中：n_f为流体边界单位外法线向量，n_s为固体边界外法线单位向量，在固液交界面上任一点处，n_f和n_s方向相反，P_d与P₀分别代表油腔压力与大气压。

3.根据权利要求1所述的一种基于流固耦合分析的静压导轨设计方法，其特征在于：所述S3的具体方法为：

根据雷诺方程的假设，液体压力不随油膜厚度的变化而变化，分别用δu和δp预乘固体和液体域的控制方程，其中δ表示变分符号，然后在它们对应的物理域中积分，得到：

式中dV为体积的微分元，Ωs和Ωf分别表示固相和流体相的空间域；

利用偏积分公式，上式可简化为：

根据高斯散度定理，可将上式改写为：

式中dS是曲面的微分元，

基于变分演算的随意性和方程的边界条件，分别在边界Su和上写出：

δu＝0，δp＝0

根据应变-位移关系，上式可进一步表示为：

由此得到了偏微分控制方程的等效积分弱形式及其相应的边界条件。