[发明专利]一种锁止机构的刚柔体混合建模方法

权利要求书

1.一种锁止机构的刚柔体混合建模方法，其特征在于，包括步骤：

根据锁止机构的3D模型，分离出简化的锁止机构的几何模型，所述几何模型至少包含锁芯；

将所述分离出来的几何模型建立有限元网格模型，赋予有限元网格模型材料及属性，其中至少一部份赋予刚性属性，至少另一部份赋予柔性属性；

确定所述有限元网格模型中的锁芯的第一旋转轴线和第二旋转轴线，并调整所述锁芯的位置，使其处于未锁止状态；

建立所述锁止机构的各部件的运动学连接单元和弹性元件，赋予属性和弹簧刚度，并调整预紧载荷值；

定义测试工况，并校核锁止机构的锁止行为，获得所述锁止机构的最终刚柔体混合模型；

其中，所述建立所述锁止机构的各部件的运动学连接单元和弹性元件，赋予属性和弹簧刚度，并调整预紧载荷值的步骤包括：

所述运动学连接单元包含连接主锁芯的第一旋转副、连接副锁芯的第二旋转副、主锁芯的扭转弹簧/拉压弹簧和副锁芯的拉压弹簧/扭转弹簧；

将第一旋转副的主节点和第二旋转副的主节点绑定于锁壳体上，将第一旋转副的副节点和第二旋转副的副节点分别与主锁芯、副锁芯旋转中心点连接，其中，所述第一旋转副的主节点和副节点形成第一旋转轴线，所述第二旋转副的主节点和副节点形成第二旋转轴线；

将所述主锁芯的扭转弹簧与第一旋转副共节点，或者将所述主锁芯的拉压弹簧的主节点与锁壳体相连，其副节点连接于主锁芯的其他位置；

将所述副锁芯的拉压弹簧的主节点与锁壳体连接，其副节点连接副锁芯的其他位置，或者将所述副锁芯的扭转弹簧与第二旋转副共节点；

依据弹簧的设计刚度定义扭转弹簧的扭转刚度和拉压弹簧的线刚度，调整预紧刚度值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据锁止机构的3D模型，分离出简化的锁止机构的几何模型的步骤包括：

将所述锁止机构的3D模型导入有限元前处理软件，在所述有限元前处理软件中至少分离出锁扣、锁芯、缓冲块以及锁壳体几何模型，其中，所述锁芯包含主锁芯与副锁芯，所述锁壳体几何模型包含：锁止机构与其他部件的接口位置、限制锁芯转动边界的阻止块、牵引锁扣运动方向的导向部分，以及限定缓冲块的边界。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述分离出来的几何模型建立成有限元网格模型，赋予材料及属性的步骤包括：

将所述锁扣、主锁芯、副锁芯及缓冲块划分为实体单元，为所述锁扣、主锁芯、副锁芯赋予实体模型属性，为缓冲块赋予超弹性属性；

将所述锁壳体划分为壳单元，赋予刚体属性。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述有限元网格模型中的锁芯的第一旋转轴线和第二旋转轴线，并调整所述锁芯的位置，使其处于未锁止状态的步骤进一步包括：

在非线性有限元分析软件中，定义所述锁止机构各部件的接触关系以及接触摩擦系数，所述接触关系包括接触对接触和通用接触。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定义测试工况，校核锁止机构的锁止行为，获得所述锁止机构的最终刚柔体混合模型的步骤包括：

以闭锁位置锁扣的运动方向的切向为X轴方向，安装端面法向为Z轴方向建立局部坐标系，约束锁扣的六个自由度；

在锁壳体刚体参考点附加初始质量，将所述锁止机构除锁扣外的所有单元沿X轴方向平移第一距离，仅释放所述锁止机构除锁扣外的所有单元的X轴方向平动自由度，使其以一预定的初速度向锁扣运动，并提交有限元求解器计算；

根据所述有限元求解器的计算结果，检查锁止机构是否正常锁死，如锁止机构未正常锁死，则回至建立有限元网格模型的步骤，调整各部件的位置关系、缓冲块位置和刚度、弹性元件的刚度和预紧力，直至锁止机构能够正常锁死。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述初始质量为10-30Kg，所述第一距离为80-120mm，所述初速度为1.5m/s。