[发明专利]一种带孔的平板的设计方法

说明书

本发明公开了一种带孔的平板的设计方法，属于机械结构设计技术领域。该方法包括构建平板的初始化几何模型，根据初始化几何模型生成平板的几何中面模型，采用有限元法对几何中面模型进行离散，以得到网格模型，获取初始圆孔被分割成的弧的数量值，获取材料属性和材料厚度，获取平板的边界条件，获取优化设计变量和优化目标，以得到形状优化模型，求解形状优化模型，通过获取初始圆孔被分割成的弧的数量值，并获取边界条件、优化设计变量、优化约束条件和优化目标，以进行优化，在优化过程中不断调整每一段初始圆孔被分割成的弧的半径和位置，最终确定出满足优化约束条件和优化目标的最优孔的形状和位置，得到最优形状模型。

技术领域

本发明涉及机械结构设计技术领域，特别涉及一种带孔的平板的设计方法。

背景技术

带孔的平板结构在各种机械设备中都可以见到，带孔的平板常用于支撑转轴、支撑各种梁，或是通过在平板上开孔达到减重的目的。

由于在板上开孔后，在实际工作时，孔的附近会产生很大的应力，可能会导致平板出现局部材料屈服，从而影响整个设备的正常工作，因此带孔的平板的设计十分重要。现有的带孔的平板在设计时，通常根据经验或是类比结构相似的设备中的带孔的平板建立平板的初始化几何模型，然后对初始化几何模型的结构性能进行校核，若校核的结果满足实际工作的需要，则将该初始化几何模型确定为最终的平板模型，若校核的结果不满足实际工作，则需要重新根据经验再次建立平板的初始化几何模型，并再次校核，如此直至校核的结果满足实际工作的需要。

由于根据经验或是类比结构相似的设备中的带孔的平板建立平板的初始化几何模型，因此孔的形状、位置和大小的选取带有一定的盲目性，使得在设计带孔平板的过程中很可能需要进行反复的校核与重新设计，导致设计周期十分漫长，设计效率低下。

发明内容

为了解决现有的带孔平板设计周期长，设计效率低下的问题，本发明实施例提供了一种带孔的平板的设计方法。所述技术方案如下：

一种带孔的平板的设计方法，所述方法包括：

构建平板的初始化几何模型，所述初始化几何模型上带有初始圆孔；

根据所述初始化几何模型生成所述平板的几何中面模型；

采用有限元法对所述几何中面模型进行离散，以得到网格模型；

获取所述初始圆孔被分割成的弧的数量值；

获取材料属性和材料厚度；

获取所述平板的边界条件；

获取优化设计变量和优化目标，以得到形状优化模型；

求解所述形状优化模型，以得到具有最优孔的最优形状模型，

当在所述平板上设计用于支撑转轴或圆截面梁的圆孔时，所述初始圆孔被分割成的弧的数量为1，所述优化设计变量为所述弧的半径，

当在所述平板上设计用于减重的腰形孔时，所述初始圆孔被分割成的弧的数量为4，所述优化设计变量为四段所述弧的半径、四段所述弧的圆心角和四段所述弧的圆心到所述初始圆孔的圆心的位置之间的距离，

当在所述平板上设计用于支撑梁的腰形孔时，所述初始圆孔被分割成的弧的数量为4，所述优化设计变量为四段所述弧的半径、四段所述弧的圆心角和四段所述弧的圆心到所述初始圆孔的圆心的位置之间的距离。

优选地，所述构建平板的初始化几何模型，包括：

获取所述平板的设计参数；

根据所述设计参数生成所述初始化几何模型。

进一步地，所述设计参数包括所述平板的尺寸、所述初始圆孔的圆心和所述初始圆孔的半径。