[发明专利]一种面向高稳定性的微小锁紧机构弹性元件优化设计方法

权利要求书

1.一种面向高稳定性的微小锁紧机构弹性元件优化设计方法，其特征在于，该方法基于线性迭代寻优的方法，针对弹性元件几何结构尺寸进行寻优化设计，使弹性元件的几何尺寸满足承载能力和高稳定化的工作特性，同时，针对弹性元件的结构进行组合式迭代寻优，通过弹性元件的差异化结构尺寸组合实现了更高的稳定性工作区间；具体包括以下步骤：

1)针对含弹性元件的装配系统进行有限元建模分析，得到系统刚度特性；

2)在步骤1)的基础上，判断装配系统简化方案，根据一般情况下，装配系统的变形相对较小，因此将装配系统的刚度分析简化为弹性元件变形的分析；

3)针对步骤2)简化方案后的弹性元件参数化建模，分析其各个几何尺寸对加载过程的变形影响程度；

4)在步骤3)的分析过程中，在弹性元件几何尺寸的可行域内，进行线性搜索寻优；并在对单个弹性元件寻优后，对组合结构对比，选择承载能力和稳定性最优的结果；具体实现方法如下：

步骤1：建立关于单个弹性元件相互独立的几何尺寸，同时，给出弹性元件目标轴向力F₀和弹性元件目标刚度K₀：

X＝(x₁，x₂，x₃，x₄，…，x_n)^T

其中，X-由独立的结合尺寸建立的向量变量；

模型的力值提取通过ANSYS软件提取F＝F(X，S)，刚度计算模型

约束条件：|F_i-F₀|≤ε₁，|K_i-K₀|≤ε₂；

其中，S-针对零件的位移加载变化；

F(X，S)-力值函数由几何尺寸和位移加载决定；

F_i-是区间内某点取到的轴向力数值；

F₁，F₂-是区间内取到的区间端点处轴向力值；

S₁，S₂-是取F₁，F₂时对应的位移数值；

K_i-指计算区间内的刚度值；

ε₁-能够接受的力值变化范围；

ε₂-能够接受的刚度变化范围；

定义尺寸因素位置的数组：

定义数组a＝{a₁，a₂，a₃，a₄}＝{1，2，3，4}；用于表示尺寸因素存放的地址

步骤2：

建立有限元模型，进行加载过程，在加载过程中，分为以下三部分：

第一部分，是针对某一特定几何尺寸，进行全行程的加载，即将单个弹性元件压平，获取在此几何尺寸下的F-S曲线，留作对比；

F＝F(X，S)

其中，S＝0.01*I，I≤[H0]；

H0-表示将单个弹性元件压平的距离100倍；

[H0]-取整函数；

第二部分，是在每次进行全行程加载完成后，针对第一步中的几何尺寸进行线性迭代，在进行全行程的加载；

其中，A＝0，1，2...10，α＝常数；-表示的是对应a_i位置存放的尺寸；

第三部分，在完成本尺寸在一定梯度内的迭代之后，移动数组位置，进行下一个x_i的迭代计算：

1≤j，m，n≤4，a_i≠a_j≠a_m≠a_n

表示在相互独立的几何尺寸集合中，相互独立的四个几何尺寸，a_i-表示的是对应几何尺寸的存放位置；

步骤3：

针对不同尺寸组合下得到的F-S曲线，根据约束条件：|F_i-F₀|≤ε₁，|K_i-K₀|≤ε₂，选择合适的尺寸方案；

步骤4：

如果在约束条件下，并未找到合适的尺寸，则进入组合式结构设计，采用不同尺寸组合下的安装方式；

步骤5：

不同组合结构迭代，则按照步骤1重新进行结构尺寸的迭代寻优，直到找到合适的尺寸方案，满足：|F_i-F₀|≤ε₁，|K_i-K₀|≤ε₂。

2.根据权利要求1所述的一种面向高稳定性的微小锁紧机构弹性元件优化设计方法，其特征在于，步骤1)中，对于包含弹性元件的装配系统，进行刚度分析，分析弹性元件在装配系统变形过程中，弹性元件发挥的作用。