[发明专利]一种考虑接触变形的计算转子装配位姿的有限元分析方法

摘要

本发明提供了一种考虑接触变形的计算转子装配位姿的有限元分析方法，在考虑配合面接触变形的情况下，用有限元分析的方法计算端面跳动与倾斜量的关系。本分析方法考虑这样一种理想壳体堆叠模型，两壳体初始建模装配时相接触部分为3D曲线相切接触，这两圈3D曲线为根据实测的端跳数据拟合而成的曲线，可以充分反映接合面端跳形貌。本发明提出的壳体堆叠模型是基于有限元分析方法，考虑了装配过程中的弹性变形，比算法更为准确地预测轴线偏斜。本方法提出的壳体模型相对一般有限元分析模型，计算效率相对更高，且有限元模型可以不断进行优化，减少分析的时间，做到兼顾分析效率和准确度。

主权项

1.一种考虑接触弹性变形的计算转子装配轴线偏斜的有限元分析方法，其特征在于，步骤如下：步骤A、对初始测量数据进行坐标形式转化：首先采用圆度仪对转子法兰结合面的端面跳动进行测量，测得某一级转子的一圈端面跳动数据后，由于实测数据为柱坐标的形式，即给出某一确定半径下的角度坐标α和跳动值而逆向建模需要在直角坐标系下完成，且实测角度需转换为弧度制，即对于某一点S(r,α,z)，将其坐标转换为S'(x,y,z')的形式；坐标转换后得出三维形貌数据的点云矩阵Ak×3，其中k代表所测点的数量，第一列为x坐标值，第二列为y坐标值，第三列为z坐标值；步骤B、对数据点进行逆向建模插值拟合：将步骤A获得的点云矩阵Ak×3采用三次样条插值进行拟合，形成3D拟合曲线，即将整个坐标区间划分为n份，在整个坐标区间上实系数代数多项式即三次样条函数S(x)满足两个条件：(1)在每个划分区间上S(x)次数都不超过m次；(2)在整个区间上具有直至m‑1阶连续微商；即找到Pm(x)∈Pm和n个实数c1,c2,…,cn，使得其中，Pm为次数不超过m次的实系数多项式的全体集合，此处三次样条拟合则m＝3；步骤C、完成初始模型的构建：在步骤B得到的3D拟合曲线的基础上，建两个上下相配合的壳体零件模型，其初始接触为3D拟合曲线高点相切配合，以符合初始装配未变形之前的要求；先拉伸一个圆面形成圆柱，使其圆面的直径与3D拟合曲线在平面上投影的直径相同；然后用3D拟合曲线来裁切圆面，形成曲面模型，使此曲面模型一端为标准圆曲线，另一端为3D拟合曲线；用相同方法再建立另一个曲面模型；两曲面模型的3D拟合曲线端相对，上端为转子B，下端为转子A；于两曲面模型间建一个水平中间面，配合约束上、下两个3D拟合曲线分别与此中间面相切，即达到初始配合要求；取出中间面，即构成初始模型；步骤D、对模型进行有限元分析：对步骤C构建的初始模型进行有限元二次建模处理，根据需求，设定初始模型的厚度，形成满足刚度需求的模型；先为模型设置材料属性来进行受力分析；在有限元分析中为了提高计算精度，采用六面体网格划分方法来划分网格，并添加映射网格划分使其成为有规则的有限元模型；设置初始模型的两面之间为摩擦接触，按实际装配情况进行加载，设置下端转子A标准圆曲线端为固定端，对上端转子B进行线性均布力加载；通过有限元远端位移控制将转子B上端面设为刚性，即不发生变形；另外，模型带有一定接触非线性，实际分析中通过控制非线性过程来求解问题；步骤E、计算偏斜：分析完成后，得出变形云图；提取转子B上端面的Z向变形云图，根据此端面跳动方向的变形结果计算两堆叠模型的轴线偏斜量；具体计算方法为：提取转子B上端面最大Z向变形为Δmax，最小为Δmin，则上端面偏斜角为偏斜相位：提取这两个结点位置的坐标，与步骤A处理得出的坐标点进行比对，得出偏斜位置，即偏斜发生的相位。