[发明专利]一种基于MATLAB-ANSYS软件的静压溜板流固耦合工作性能的计算方法

权利要求书

1.一种基于MATLAB-ANSYS软件的静压溜板流固耦合工作性能的计算方法，其特征在于：

步骤1根据立式龙门机床静压溜板的结构，利用建模绘图软件建立静压溜板的三维模型；根据立式龙门机床静压溜板的运动状况确定静压溜板上静压油垫受力大小；

步骤2在MATLAB中通过单个定量式矩形静压油垫计算模型得到静压油垫压力分布及基础油膜厚度；

步骤3根据有限元方法，在ANSYS中对静压溜板进行网格划分，通过网格划分中特殊节点确定油垫具体位置；

步骤4将步骤2中计算得到的压力分布加载到步骤3划分好的模型上得到静压溜板结构变形量；

步骤5将步骤4得到的变形量作为油膜厚度变化量代入步骤2中，计算出新的压力分布及基础油膜厚度；

步骤6将步骤2至步骤5循环迭代，形成耦合计算模型；当基础油膜厚度数值变化量小于计算精度即可认为模型得到稳定解，耦合计算结束；

步骤1根据实际建立溜板与矩形静压油垫的三维模型；静压油垫长L宽B，单个静压油垫上负载压力为F；

步骤2建立单个定量式矩形静压油垫的计算模型；根据油垫负载及供油流量来计算静压油垫的承载力及油膜厚度的定量式矩形静压油垫计算模型；

矩形油垫的承载力计算采用雷诺方程求解；

将雷诺方程：

对压强p进行差分求解，在矩形静压油垫上进行网格划分，X方向以间距Δx划分为1～m号节点,Y方向以间距Δy划分为1～n号节点，Z方向以间距Δz划分为1～k号节点；由于静压油膜很薄，假设在Z方向上没有压力变化；获得差分后的雷诺方程：

其中：p_i,j是节点(i，j)的压强，i为1～m，j为1～n；

Δx：X方向单个网格长度；

Δy：Y方向单个网格长度；

h_i,j：节点(i，j)的油膜厚度；

U_xi,j：节点(i，j)的X方向溜板移动速度；

V_yi,j：节点(i，j)的Y方向溜板移动速度；

μ：液体粘度；

为了进行耦合计算，将油膜厚度h_i,j拆分为：

h_i,j＝hs_i,j+Δh_i,j

其中：hs_i,j是节点(i，j)的基础油膜厚度；

Δh_i,j是节点(i，j)由于溜板变形引起的油膜厚度变化量；

边界条件：设油腔内压强p＝1；

封油边外沿压强p＝0；

封油边油膜厚度hs＝1,Δh＝0即h_i,j＝hs＝1；

将边界条件代入差分后的雷诺方程即可得到各点压强p_i,j分布；

矩形静压油垫的总负载为：

静压油垫油腔内压强P₀为

各点的实际压强P_i,j＝P₀p_i,j；

各点的实际压力w_i,j＝P_i,jΔxΔy；

X方向的液体流速

离散化X方向的液体流速

Y方向的液体流速

离散化X方向的液体流速

油垫的出油流量

根据已知的进油流量Q₀，使Q＝Q₀即可求出油膜厚度hs；

步骤3将静压溜板在ANSYS中进行有限元网格划分；在静压溜板的静压油垫安装位置，使ANSYS网格与静压油垫的差分网格完全一致，即ANSYS网格与静压油垫的网格间距相同，节点数一致，空间上能够一一对应；

步骤4将MATLAB中计算的节点压力w_i,j作为载荷施加到网格划分后的模型节点上；将模型节点进行位移约束，进行求解；

步骤5输出ANSYS的变形计算结果；把将压溜板膜厚方向的变形位移Δh_i,j输出到MATLAB中，作为油膜厚度的改变量，计算出新的压力分布，再次得出hs_i,j；

步骤6将步骤2至步骤5循环迭代，形成耦合计算模型；当hs数值变化量Δhs小于计算精度ca即可认为模型得到稳定解，耦合计算结束。