[发明专利]一种基于有限元的动力调谐陀螺加速稳定剖面生成方法

权利要求书

1.一种基于有限元的动力调谐陀螺加速稳定剖面生成方法，其特征在于：该方法步骤如下：

步骤一：结合DTG参数变化主机理来选择有限元单元，该DTG参数变化主机理是指DTG在加速稳定过程中的磁钢退磁以及各部件的线膨胀系数与弹性模量随温度变化；选择的有限元单元需要同时满足以下条件：(1)能够实现瞬态热分析；(2)能够实现结构场分析；(3)能够实现热-结构耦合分析；

步骤二：建立材料模型库，包括：

a.定义单位制：由于有限元仿真软件即ANSYS中的数值没有单位，因此需要将材料属性的单位按照定义好的单位制统一；之后所有部件尺寸、材料属性以及载荷数值均通过此单位制换算得到；

b.输入各部件的材料属性：结合仿真类型输入仿真需要用到的各部件材料属性；DTG的材料为镍合金、马氏体弹性合金、低膨胀合金、不锈钢合金、环氧胶以及内部氮气；所需材料属性包括结构分析需要的密度、弹性模量、泊松比，以及热分析需要的比热容和热膨胀系数；

步骤三：通过分析DTG参数变化主机理确定建模部件，同时对模型连接关系进行简化，在有限元软件中建立DTG几何模型，并对DTG几何模型进行材料属性赋值；

步骤四：建立DTG有限元模型，包括针对DTG不同的部件实施不同的网格精度划分方法进行有限元网格划分；

步骤五：对DTG有限元模型施加约束及载荷，进行热-结构耦合分析，包括对DTG有限元模型施加不同的加速稳定剖面，同时注入内部残余应力，通过仿真计算得到DTG在不同温度剖面下内部残余应力释放规律；

步骤六：根据DTG性能参数稳定性判据，对有限元仿真结果进行分析，选取优化的DTG加速稳定仿真剖面。

2.根据权利要求1所述的一种基于有限元的动力调谐陀螺加速稳定剖面生成方法，其特征在于：在步骤二中所述的定义单位制是指在国际单位制的基础上自定义单位制，即毫米、克、秒、微安以及开尔文。

3.根据权利要求1所述的一种基于有限元的动力调谐陀螺加速稳定剖面生成方法，其特征在于：在步骤三中所述的建立DTG几何模型，其具体做法的步骤如下：

a.结构简化：对DTG的结构部件实施相应的简化，具体做法是针对DTG参数变化影响大的部件即挠性接头、磁钢、陀螺转子及环氧胶部件，以及起支撑和连接作用的支撑环部位进行重点建模；而对DTG参数变化影响小的限动盘和限动器部件，进行简化；

b.连接关系简化：陀螺内部部件连接分为焊接和胶接，针对焊接与胶接实施不同的简化策略，具体做法是对于焊接，简化为理想连接，用有限元GLUE命令将其接合；对于胶接，则在胶接处建立一层环氧胶模型进行仿真分析；

c.几何模型建立：建立陀螺部件的几何模型，具体做法是根据对DTG结构和连接关系的简化及其实际尺寸建立陀螺内部关键部件的几何模型；

d.属性赋值：结合建立的材料模型库对DTG各部件赋值，使DTG各部件材料与实际材料相一致，具体做法是结合陀螺转子、磁钢、隔磁环、导磁环、支撑环、挠性接头的材料属性在有限元软件中对DTG所有部件赋值，使DTG所有部件的材料与实际材料相一致。

4.根据权利要求1所述的一种基于有限元的动力调谐陀螺加速稳定剖面生成方法，其特征在于：在步骤四中所述的建立DTG有限元模型，其具体做法如下：

对影响DTG参数变化的主机理所涉及的部件以及残余应力集中部位需要增大其网格密度；对于形状规则的部件采用ANSYS的扫略和映射网格划分方法，获得六面体单元；对形状不规则部件或部件连接处，则使用自动网格划分；ANSYS划分网格精度等级从1至10，1为最高，10为最低，DTG部件的网格精度如下：环氧胶网格精度为1，陀螺转子、磁钢及内部氮气的网格精度为2，壳体网格精度为4，其余部件网格精度为3。

5.根据权利要求1所述的一种基于有限元的动力调谐陀螺加速稳定剖面生成方法，其特征在于：在步骤五中所述的对DTG进行热-结构耦合分析，其具体步骤如下：

a.施加温度剖面约束：根据现有DTG加速稳定工艺剖面，提炼出温度剖面设计中所需要的因素值即高温、低温、保温时间、温变率和水平值，选择预定的试验设计方法进行DTG加速稳定试验方案设计；

b.施加残余应力：考虑现有的DTG加速稳定工艺剖面并结合已有工程经验，设计加速稳定试验方案；根据DTG内部残余应力的分布分析结果，对其集中部位的关键点处注入残余应力，即对DTG有限元模型中此关键点处加入应力约束条件；

c.热-结构耦合分析：结合有限元瞬态热-结构耦合分析流程对DTG进行仿真，该瞬态热-结构耦合仿真是指在对DTG加入残余应力约束的条件下，对给定的加速稳定剖面进行一次仿真，同时考虑瞬态非线性分析及热-结构耦合分析对DTG进行有限元分析，以得到不同加速稳定剖面下内部残余应力释放规律。