一種帶孔的平板的設計方法技術

本發明專利技術公開了一種帶孔的平板的設計方法，屬于機械結構設計技術領域。該方法包括構建平板的初始化幾何模型，根據初始化幾何模型生成平板的幾何中面模型，采用有限元法對幾何中面模型進行離散，以得到網格模型，獲取初始圓孔被分割成的弧的數量值，獲取材料屬性和材料厚度，獲取平板的邊界條件，獲取優化設計變量和優化目標，以得到形狀優化模型，求解形狀優化模型，通過獲取初始圓孔被分割成的弧的數量值，并獲取邊界條件、優化設計變量、優化約束條件和優化目標，以進行優化，在優化過程中不斷調整每一段初始圓孔被分割成的弧的半徑和位置，最終確定出滿足優化約束條件和優化目標的最優孔的形狀和位置，得到最優形狀模型。

Design method of flat plate with holes

The invention discloses a design method of a flat plate with holes, belonging to the technical field of mechanical structure design. The method includes initialization of geometric model plate, according to the geometric geometric model generation in the initialization flat surface model, finite element method is used to discretize the surface geometry model, the mesh model is obtained, the number of access hole is divided into the initial value of the arc, by material properties and material thickness, obtain plate boundary conditions and to obtain the optimization design variables and optimization, in order to get the shape optimization model, shape optimization model, by the number of acquisition is divided into the initial circular arc value, and obtain the boundary conditions, the optimization design variables, optimization constraints and objectives, to optimize the radius and position in the optimization process of continuous adjustment of each the initial section is divided into circular arc, determined to meet the optimum hole shape and position optimization constraints and objectives, too Best shape model.

【技術實現步驟摘要】
一種帶孔的平板的設計方法
本專利技術涉及機械結構設計
，特別涉及一種帶孔的平板的設計方法。
技術介紹
帶孔的平板結構在各種機械設備中都可以見到，帶孔的平板常用于支撐轉軸、支撐各種梁，或是通過在平板上開孔達到減重的目的。由于在板上開孔后，在實際工作時，孔的附近會產生很大的應力，可能會導致平板出現局部材料屈服，從而影響整個設備的正常工作，因此帶孔的平板的設計十分重要。現有的帶孔的平板在設計時，通常根據經驗或是類比結構相似的設備中的帶孔的平板建立平板的初始化幾何模型，然后對初始化幾何模型的結構性能進行校核，若校核的結果滿足實際工作的需要，則將該初始化幾何模型確定為最終的平板模型，若校核的結果不滿足實際工作，則需要重新根據經驗再次建立平板的初始化幾何模型，并再次校核，如此直至校核的結果滿足實際工作的需要。由于根據經驗或是類比結構相似的設備中的帶孔的平板建立平板的初始化幾何模型，因此孔的形狀、位置和大小的選取帶有一定的盲目性，使得在設計帶孔平板的過程中很可能需要進行反復的校核與重新設計，導致設計周期十分漫長，設計效率低下。
技術實現思路
為了解決現有的帶孔平板設計周期長，設計效率低下的問題，本專利技術實施例提供了一種帶孔的平板的設計方法。所述技術方案如下：一種帶孔的平板的設計方法，所述方法包括：構建平板的初始化幾何模型，所述初始化幾何模型上帶有初始圓孔；根據所述初始化幾何模型生成所述平板的幾何中面模型；采用有限元法對所述幾何中面模型進行離散，以得到網格模型；獲取所述初始圓孔被分割成的弧的數量值；獲取材料屬性和材料厚度；獲取所述平板的邊界條件；獲取優化設計變量和優化目標，以得到形狀優化模型；求解所述形狀優化模型，以得到具有最優孔的最優形狀模型。優選地，所述構建平板的初始化幾何模型，包括：獲取所述平板的設計參數；根據所述設計參數生成所述初始化幾何模型。進一步地，所述設計參數包括所述平板的尺寸、所述初始圓孔的圓心和所述初始圓孔的半徑。可選地，當在所述平板上設計用于支撐轉軸或圓截面梁的圓孔時，所述初始圓孔被分割成的弧的數量為1，所述優化設計變量為所述弧的半徑。可選地，當在所述平板上設計用于減重的腰形孔時，所述初始圓孔被分割成的弧的數量為4，所述優化設計變量為四段所述弧的半徑、四段所述弧的圓心角和四段所述弧的圓心到所述初始圓孔的圓心的位置之間的距離。可選地，當在所述平板上設計用于支撐梁的腰形孔圓角多邊形孔時，所述初始圓孔被分割成的弧的數量為4，所述優化設計變量為四段所述弧的半徑、四段所述弧的圓心角和四段所述弧的圓心到所述初始圓孔的圓心的位置之間的距離。優選地，所述根據所述初始化幾何模型生成所述平板的幾何中面模型，包括：抽取所述初始化幾何模型的中面，以得到所述幾何中面模型。進一步地，所述材料屬性包括密度、彈性模量和泊松比。可選地，所述邊界條件包括所述平板的自由度和所承受的最大載荷。可選地，所述優化目標根據性能要求設定，所述性能要求包括所述平板的結構剛度、結構強度、固有頻率、體積和重量中的至少一種。本專利技術實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：通過建立平板的初始化幾何模型，可以確定出平板的尺寸以及初始圓孔的圓心的位置，再通過生成平板的幾何中面模型、網格模型后，獲取初始圓孔被分割成的弧的數量值，并獲取邊界條件、優化設計變量和優化目標，以進行優化，根據邊界條件、優化設計變量和優化目標在優化過程中不斷調整每一段初始圓孔被分割成的弧的半徑和相對初始圓孔的圓心的位置，最終確定出滿足邊界條件和優化目標的最優孔的形狀和位置，得到最優形狀模型，由于根據邊界條件、優化設計變量和優化目標進行優化，可以快速準確的設計出符合實際工作要求的帶孔的平板，解決了傳統設計方法的設計周期長，設計效率低下的問題。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本專利技術實施例提供的一種帶孔的平板的設計方法的流程圖；圖2是本專利技術實施例提供的另一種帶孔的平板的設計方法的流程圖；圖3顯示了本專利技術實施例提供的一種平板的初始化幾何模型的示意圖；圖4是本專利技術實施例提供的一種幾何中面模型的示意圖；圖5是本專利技術實施例提供的一種網格模型的示意圖；圖6是本專利技術實施例提供的一種施加有邊界條件的平板的示意圖；圖7是本專利技術實施例提供的一種最優形狀模型的示意圖；圖8是本專利技術實施例提供的另一種帶孔的平板的設計方法的流程圖；圖9是對初始圓孔進行分割后的示意圖；圖10是本專利技術實施例提供的一種施加有邊界條件的平板的示意圖；圖11是本專利技術實施例提供的一種最優形狀模型的示意圖；圖12是本專利技術實施例提供的又一種帶孔的平板的設計方法的流程圖；圖13是對初始圓孔進行分割后的示意圖；圖14是本專利技術實施例提供的又一種施加有邊界條件的平板的示意圖；圖15是本專利技術實施例提供的一種最優形狀模型的示意圖。具體實施方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本專利技術實施方式作進一步地詳細描述。圖1是本專利技術實施例提供的一種帶孔的平板的設計方法的流程圖，如圖1所示，該方法包括：S11：構建平板的初始化幾何模型，初始化幾何模型上帶有初始圓孔。S12：根據初始化幾何模型生成平板的幾何中面模型。S13：采用有限元法對幾何中面模型進行離散，以得到網格模型。S14：獲取初始圓孔被分割成的弧的數量值。S15：獲取材料屬性和材料厚度。S16：獲取平板的邊界條件。S17：獲取優化設計變量和優化目標，以得到形狀優化模型。S18：求解形狀優化模型，以得到具有最優孔的最優形狀模型。本專利技術實施例通過建立平板的初始化幾何模型，可以確定出平板的尺寸以及初始圓孔的圓心的位置，再通過生成平板的幾何中面模型、網格模型后，獲取初始圓孔被分割成的弧的數量值，并獲取邊界條件、優化設計變量和優化目標，以進行優化，根據邊界條件、優化設計變量和優化目標在優化過程中不斷調整每一段初始圓孔被分割成的弧的半徑和相對初始圓孔的圓心的位置，最終確定出滿足邊界條件和優化目標的最優孔的形狀和位置，得到最優形狀模型，由于根據邊界條件、優化設計變量和優化目標進行優化，可以快速準確的設計出符合實際工作要求的帶孔的平板，解決了傳統設計方法的設計周期長，設計效率低下的問題。圖2是本專利技術實施例提供的另一種帶孔的平板的設計方法的流程圖，該方法用于在平板上設計圓孔，該圓孔用于支撐轉軸或圓截面梁，如圖2所示，該方法包括：S21：獲取平板的設計參數。具體地，設計參數包括平板的尺寸、形狀、初始圓孔的圓心和初始圓孔的半徑。從而可以根據設計要求確定平板的尺寸、形狀、初始圓孔的大小和初始圓孔的圓心在平板上的位置，不同用途的平板，平板的大小和形狀也可能不同，其中，設計要求可以包括平板所安裝的位置的空間大小和平板與其他結構的連接方式。S22：根據設計參數生成初始化幾何模型。圖3顯示了本專利技術實施例提供的一種平板的初始化幾何模型的示意圖，如圖3所示，該初始化幾何模型為三維板材模型，該平板10包括有一個初始圓孔10a。這樣，可以得到平板的輪廓外形，為后續的設計提供基礎模型，初始化幾何模型為三維的板材模型本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種帶孔的平板的設計方法，其特征在于，所述方法包括：構建平板的初始化幾何模型，所述初始化幾何模型上帶有初始圓孔；根據所述初始化幾何模型生成所述平板的幾何中面模型；采用有限元法對所述幾何中面模型進行離散，以得到網格模型；獲取所述初始圓孔被分割成的弧的數量值；獲取材料屬性和材料厚度；獲取所述平板的邊界條件；獲取優化設計變量和優化目標，以得到形狀優化模型；求解所述形狀優化模型，以得到具有最優孔的最優形狀模型。

【技術特征摘要】
1.一種帶孔的平板的設計方法，其特征在于，所述方法包括：構建平板的初始化幾何模型，所述初始化幾何模型上帶有初始圓孔；根據所述初始化幾何模型生成所述平板的幾何中面模型；采用有限元法對所述幾何中面模型進行離散，以得到網格模型；獲取所述初始圓孔被分割成的弧的數量值；獲取材料屬性和材料厚度；獲取所述平板的邊界條件；獲取優化設計變量和優化目標，以得到形狀優化模型；求解所述形狀優化模型，以得到具有最優孔的最優形狀模型。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述構建平板的初始化幾何模型，包括：獲取所述平板的設計參數；根據所述設計參數生成所述初始化幾何模型。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述設計參數包括所述平板的尺寸、形狀、所述初始圓孔的圓心和所述初始圓孔的半徑。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，當在所述平板上設計用于支撐轉軸或圓截面梁的圓孔時，所述初始圓孔被分割成的弧的數量為1，所述優化設計變量為所述弧的半徑。5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，當在所述平板上設計用于減重的腰形...

【專利技術屬性】
技術研發人員：付世欣，覃剛，王強，樊佳，
申請(專利權)人：武漢船用機械有限責任公司，
類型：發明
國別省市：湖北,42