[发明专利]粉末注射成形涡轮及其结构优化设计方法

摘要

本发明公开了粉末注射成形增压器涡轮的结构优化设计方法，它以涡轮结构质量最轻和最高转速下涡轮的应力集中系数最小，在确保涡轮结构满足强度要求和使用寿命要求的前提下，优化设计目标函数，以涡轮在最高转速工作状态下的最大等效应力为约束条件，以涡轮结构减重特征几何尺寸为设计变量，建立所述涡轮结构的优化数学模型，本发明采用粉末注射成形工艺，有效去除了精密铸造固有的热裂、缩孔、缩松等缺陷。同时可减少优化过程中的约束条件，可以改变涡轮现有的结构形式，从而最大化地对其进行结构优化，通过该优化设计方法来确定的涡轮各部份尺寸，可在满足涡轮结构强度要求和使用要求的前提下，又能最大量化减轻涡轮质量，实现涡轮的轻量化。

主权项

粉末注射成形增压器涡轮的结构优化设计方法，其特征在于：它包括以下步骤：a、以涡轮结构质量最轻和最高转速下涡轮的应力集中系数最小，在确保涡轮结构满足强度要求和使用寿命要求的前提下，优化设计目标函数，以涡轮在最高转速工作状态下的最大等效应力为约束条件，以涡轮结构减重特征几何尺寸为设计变量，建立所述涡轮结构的优化数学模型：目标函数如下，即，设计变量：，约束条件：；式中，为涡轮质量；为涡轮最高转速下的应力集中系数；为设计变量；为设计变量的个数；为涡轮最大等效应力；为涡轮屈服极限强度；分别为各设计变量的上下限值；b、采用方法进行计算得到目标函数值的矩阵，用矩阵建立如下三个线性方程来求得目标函数的加权因子W1、W2和待定常数C，式中，为目标函数个数、为目标函数值的矩阵、为待定常数；c、建立评价函数如下：Min：式中，为评价因子；是涡轮结构质量的理想值；是最高转速下应力集中系数的理想值；为指数；分别为各目标函数的加权因子；d、通过ANSYS求出多组不考虑应力集中系数下的设计变量X，得到涡轮多目标优化解集，然后，将每组设计变量所对应的M和K代入评价函数中，求出每组设计变量所对应的评价因子Z；e、通过ANSYS求出多组设计变量得到涡轮多目标优化解集，解集中含有若干组数据，每组数据中包含多个设计变量的值，每组数据对应一个M和K，f、将每组数据所对应M和K代入评价函数中，求出每组数据对应的评价因子Z，从所有评价因子中选取评价因子最小值作为最优结果Zmin，根据 Zmin选取所对应的设计变量，将该组设计变量作为最终涡轮结构优化设计各变量结果。