[发明专利]一种基于界面软硬程度设计的装配体动静态性能提升方法

权利要求书

1.一种基于界面软硬程度设计的装配体动静态性能提升方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将拓扑优化设计后的连续弹性模量分布的装配结合面软硬程度布局离散为N个子区域，N＝P×Q，P、Q为整数；每个子区域T包含n个规则网格，根据第i个网格的弹性模量E_i，横截面积A_i与厚度H_i，获得每个子区域T的当量弹性模量E_T，当量厚度H_T，其中i＝1,2…n；

2)根据装配结合面的N个子区域的当量弹性模量和当量厚度，确定装配结合面表面涂层材料的种类TY，涂层加工方式WA与涂层质量DO，根据涂层材料的种类TY得到材料矩阵[TY]_P×Q，根据涂层加工方式WA得到加工矩阵[WA]_P×Q，根据涂层质量DO得到质量矩阵[MK]_P×Q；

3)将材料矩阵[TY]_P×Q、加工矩阵[WA]_P×Q和质量矩阵[MK]_P×Q作为参数输入表面涂层加工设备，对装配结合面进行分区加工。

2.根据权利要求1所述的一种基于界面软硬程度设计的装配体动静态性能提升方法，其特征在于，拓扑优化设计后的连续弹性模量分布的装配结合面软硬程度布局通过以下过程得到：

(1)对于机械装备使用有限元数值进行网格离散化处理，设置材料属性及边界条件，构建有限元数值模型；

(2)计算有限元数值模型的动态性能优化目标函数f＝-W₁，设置约束条件D≤D_max以及S_min≤S≤S_max，根据各个网格的弹性模量值进行网格密度等效，得到等效密度矩阵ρ；

其中，W₁为最小模态频率，D_max为最大允许接触压力方差值，S_min、S_max为接触刚度允许最小值、最大值；

判定目标函数值是否满足f≤ε或者迭代步数k≤KMAX，若满足，得到拓扑优化设计后的连续弹性模量分布的装配结合面软硬程度布局；若不满足，则进行步骤(3)；其中，ε为常数，KMAX为最大允许迭代次数；

(3)设置迭代加速因子α＝[α_f α_D α_S]，计算目标函数f对等效密度矩阵ρ的导数接触压力方差D对ρ的导数以及界面连接刚度S对ρ的导数然后进行优化区域有限元网格的等效密度更新；优化区域为有限元数值模型上距离接触面3-5mm的网格区域；

(4)将步骤(3)更新后的等效密度赋予优化区域中的各个网格，然后进行步骤(1)。

3.根据权利要求2所述的一种基于界面软硬程度设计的装配体动静态性能提升方法，其特征在于，步骤(3)中等效密度矩阵ρ通过下式计算得到：

ρ＝E/(E_max-E_min)

式中，E为所有网格的弹性模量，E_max为每个网格的弹性模量值允许最大弹性模量，E_min为每个网格的弹性模量值允许最小弹性模量。

4.根据权利要求1所述的一种基于界面软硬程度设计的装配体动静态性能提升方法，其特征在于，步骤(3)目标函数f对等效密度矩阵ρ的导数为：

式中，W₁为最小模态频率，Φ为最小模态频率的模态阵型；P为惩罚系数；K_I0为单位弹性模量总体刚度矩阵。

5.根据权利要求4所述的一种基于界面软硬程度设计的装配体动静态性能提升方法，其特征在于，惩罚系数P为3。