[发明专利]磁悬浮飞轮密封系统设计方法

摘要

本发明公开了一种磁悬浮飞轮密封系统设计方法，该方法以质量最小为优化目标，以最大等效应力、最大变形、一阶自由共振频率、30s时刻瞬态最大温差和稳定性安全系数为约束条件，利用有限元软件ANSYS分别建立密封系统的静力学参数化模型、动力学参数化模型、瞬态热分析参数化模型和屈曲分析参数化模型，并将四个参数化模型导入多学科优化软件iSIGHT，设置设计变量和约束变量的取值范围，利用优化算法计算搜索方向和迭代步长，经多步计算后得到密封系统最优质量M_o。该方法在同时进行结构静力学、动力学、屈曲稳定性计算的基础上，考虑焊锡热应力和热变形失配，使密封系统性能更加合理，可用于各类惯性执行机构密封系统设计，可推广至各类薄壁密封系统的设计。

主权项

1.一种磁悬浮飞轮密封系统设计方法，其特征在于：该方法以密封系统质量最小为优化目标，包括步骤：(1)设定设计变量密封罩厚度t1、密封罩截面半径R、弧高度h、凹凸弧分割比例C、卡带宽度B和底座厚度t2的初始值；(2)利用有限元软件ANSYS建立密封系统静力学有限元模型，并保存静力学模型APDL命令流文本文件s.txt，计算并将密封系统质量M、最大等效应力σmax和最大变形δmax，输出至静力学计算结果文本文件response_s.txt；(3)利用有限元软件ANSYS建立密封系统动力学有限元模型，并保存动力学模型APDL命令流文本文件d.txt，计算并将密封系统质量M和一阶自由共振频率fd1，输出至动力学计算结果文本文件response_d.txt；(4)利用有限元软件ANSYS建立密封系统瞬态热分析有限元模型，并保存瞬态热分析模型APDL命令流文本文件t.txt，计算并将密封系统质量M和30s时刻瞬态最大温差ΔTmax，输出至瞬态热分析计算结果文本文件response_t.txt；(5)利用有限元软件ANSYS建立密封系统屈曲分析有限元模型，并保存屈曲分析模型APDL命令流文本文件b.txt，计算并将密封系统质量M和稳定性安全系数ni，输出至屈曲分析计算结果文本文件response_b.txt；(6)将文本文件s.txt、response_s.txt、d.txt、response_d.txt、t.txt、response_t.txt、b.txt和response_b.txt导入优化集成软件中，并设定连续设计变量密封罩厚度t1、密封罩截面半径R、弧高度h、凹凸弧分割比例C、卡带宽度B和底座厚度t2的取值范围，同时设定约束变量最大等效应力σmax、最大变形δmax、一阶自由共振频率fd1、30s时刻瞬态最大温差ΔTmax和稳定性安全系数ni的约束范围；(7)利用优化算法计算搜索方向和迭代步长，并反复将文本文件s.txt、d.txt、t.txt和b.txt导入ANSYS软件对密封系统进行计算，同时输出其对应的文本文件response_s.txt、response_d.txt、response_t.txt和response_b.txt；(8)判断优化过程是否收敛；(9)若优化不收敛，根据优化算法计算的搜索方向和迭代步长，改变设计变量的赋值，并转到步骤(2)；(10)若优化收敛，输出密封系统最优质量Mo。