一种带孔的平板的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种带孔的平板的设计方法，属于机械结构设计技术领域。该方法包括构建平板的初始化几何模型，根据初始化几何模型生成平板的几何中面模型，采用有限元法对几何中面模型进行离散，以得到网格模型，获取初始圆孔被分割成的弧的数量值，获取材料属性和材料厚度，获取平板的边界条件，获取优化设计变量和优化目标，以得到形状优化模型，求解形状优化模型，通过获取初始圆孔被分割成的弧的数量值，并获取边界条件、优化设计变量、优化约束条件和优化目标，以进行优化，在优化过程中不断调整每一段初始圆孔被分割成的弧的半径和位置，最终确定出满足优化约束条件和优化目标的最优孔的形状和位置，得到最优形状模型。

Design method of flat plate with holes

The invention discloses a design method of a flat plate with holes, belonging to the technical field of mechanical structure design. The method includes initialization of geometric model plate, according to the geometric geometric model generation in the initialization flat surface model, finite element method is used to discretize the surface geometry model, the mesh model is obtained, the number of access hole is divided into the initial value of the arc, by material properties and material thickness, obtain plate boundary conditions and to obtain the optimization design variables and optimization, in order to get the shape optimization model, shape optimization model, by the number of acquisition is divided into the initial circular arc value, and obtain the boundary conditions, the optimization design variables, optimization constraints and objectives, to optimize the radius and position in the optimization process of continuous adjustment of each the initial section is divided into circular arc, determined to meet the optimum hole shape and position optimization constraints and objectives, too Best shape model.

【技术实现步骤摘要】
一种带孔的平板的设计方法
本专利技术涉及机械结构设计
，特别涉及一种带孔的平板的设计方法。
技术介绍
带孔的平板结构在各种机械设备中都可以见到，带孔的平板常用于支撑转轴、支撑各种梁，或是通过在平板上开孔达到减重的目的。由于在板上开孔后，在实际工作时，孔的附近会产生很大的应力，可能会导致平板出现局部材料屈服，从而影响整个设备的正常工作，因此带孔的平板的设计十分重要。现有的带孔的平板在设计时，通常根据经验或是类比结构相似的设备中的带孔的平板建立平板的初始化几何模型，然后对初始化几何模型的结构性能进行校核，若校核的结果满足实际工作的需要，则将该初始化几何模型确定为最终的平板模型，若校核的结果不满足实际工作，则需要重新根据经验再次建立平板的初始化几何模型，并再次校核，如此直至校核的结果满足实际工作的需要。由于根据经验或是类比结构相似的设备中的带孔的平板建立平板的初始化几何模型，因此孔的形状、位置和大小的选取带有一定的盲目性，使得在设计带孔平板的过程中很可能需要进行反复的校核与重新设计，导致设计周期十分漫长，设计效率低下。
技术实现思路
为了解决现有的带孔平板设计周期长，设计效率低下的问题，本专利技术实施例提供了一种带孔的平板的设计方法。所述技术方案如下：一种带孔的平板的设计方法，所述方法包括：构建平板的初始化几何模型，所述初始化几何模型上带有初始圆孔；根据所述初始化几何模型生成所述平板的几何中面模型；采用有限元法对所述几何中面模型进行离散，以得到网格模型；获取所述初始圆孔被分割成的弧的数量值；获取材料属性和材料厚度；获取所述平板的边界条件；获取优化设计变量和优化目标，以得到形状优化模型；求解所述形状优化模型，以得到具有最优孔的最优形状模型。优选地，所述构建平板的初始化几何模型，包括：获取所述平板的设计参数；根据所述设计参数生成所述初始化几何模型。进一步地，所述设计参数包括所述平板的尺寸、所述初始圆孔的圆心和所述初始圆孔的半径。可选地，当在所述平板上设计用于支撑转轴或圆截面梁的圆孔时，所述初始圆孔被分割成的弧的数量为1，所述优化设计变量为所述弧的半径。可选地，当在所述平板上设计用于减重的腰形孔时，所述初始圆孔被分割成的弧的数量为4，所述优化设计变量为四段所述弧的半径、四段所述弧的圆心角和四段所述弧的圆心到所述初始圆孔的圆心的位置之间的距离。可选地，当在所述平板上设计用于支撑梁的腰形孔圆角多边形孔时，所述初始圆孔被分割成的弧的数量为4，所述优化设计变量为四段所述弧的半径、四段所述弧的圆心角和四段所述弧的圆心到所述初始圆孔的圆心的位置之间的距离。优选地，所述根据所述初始化几何模型生成所述平板的几何中面模型，包括：抽取所述初始化几何模型的中面，以得到所述几何中面模型。进一步地，所述材料属性包括密度、弹性模量和泊松比。可选地，所述边界条件包括所述平板的自由度和所承受的最大载荷。可选地，所述优化目标根据性能要求设定，所述性能要求包括所述平板的结构刚度、结构强度、固有频率、体积和重量中的至少一种。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过建立平板的初始化几何模型，可以确定出平板的尺寸以及初始圆孔的圆心的位置，再通过生成平板的几何中面模型、网格模型后，获取初始圆孔被分割成的弧的数量值，并获取边界条件、优化设计变量和优化目标，以进行优化，根据边界条件、优化设计变量和优化目标在优化过程中不断调整每一段初始圆孔被分割成的弧的半径和相对初始圆孔的圆心的位置，最终确定出满足边界条件和优化目标的最优孔的形状和位置，得到最优形状模型，由于根据边界条件、优化设计变量和优化目标进行优化，可以快速准确的设计出符合实际工作要求的带孔的平板，解决了传统设计方法的设计周期长，设计效率低下的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种带孔的平板的设计方法的流程图；图2是本专利技术实施例提供的另一种带孔的平板的设计方法的流程图；图3显示了本专利技术实施例提供的一种平板的初始化几何模型的示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种几何中面模型的示意图；图5是本专利技术实施例提供的一种网格模型的示意图；图6是本专利技术实施例提供的一种施加有边界条件的平板的示意图；图7是本专利技术实施例提供的一种最优形状模型的示意图；图8是本专利技术实施例提供的另一种带孔的平板的设计方法的流程图；图9是对初始圆孔进行分割后的示意图；图10是本专利技术实施例提供的一种施加有边界条件的平板的示意图；图11是本专利技术实施例提供的一种最优形状模型的示意图；图12是本专利技术实施例提供的又一种带孔的平板的设计方法的流程图；图13是对初始圆孔进行分割后的示意图；图14是本专利技术实施例提供的又一种施加有边界条件的平板的示意图；图15是本专利技术实施例提供的一种最优形状模型的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。图1是本专利技术实施例提供的一种带孔的平板的设计方法的流程图，如图1所示，该方法包括：S11：构建平板的初始化几何模型，初始化几何模型上带有初始圆孔。S12：根据初始化几何模型生成平板的几何中面模型。S13：采用有限元法对几何中面模型进行离散，以得到网格模型。S14：获取初始圆孔被分割成的弧的数量值。S15：获取材料属性和材料厚度。S16：获取平板的边界条件。S17：获取优化设计变量和优化目标，以得到形状优化模型。S18：求解形状优化模型，以得到具有最优孔的最优形状模型。本专利技术实施例通过建立平板的初始化几何模型，可以确定出平板的尺寸以及初始圆孔的圆心的位置，再通过生成平板的几何中面模型、网格模型后，获取初始圆孔被分割成的弧的数量值，并获取边界条件、优化设计变量和优化目标，以进行优化，根据边界条件、优化设计变量和优化目标在优化过程中不断调整每一段初始圆孔被分割成的弧的半径和相对初始圆孔的圆心的位置，最终确定出满足边界条件和优化目标的最优孔的形状和位置，得到最优形状模型，由于根据边界条件、优化设计变量和优化目标进行优化，可以快速准确的设计出符合实际工作要求的带孔的平板，解决了传统设计方法的设计周期长，设计效率低下的问题。图2是本专利技术实施例提供的另一种带孔的平板的设计方法的流程图，该方法用于在平板上设计圆孔，该圆孔用于支撑转轴或圆截面梁，如图2所示，该方法包括：S21：获取平板的设计参数。具体地，设计参数包括平板的尺寸、形状、初始圆孔的圆心和初始圆孔的半径。从而可以根据设计要求确定平板的尺寸、形状、初始圆孔的大小和初始圆孔的圆心在平板上的位置，不同用途的平板，平板的大小和形状也可能不同，其中，设计要求可以包括平板所安装的位置的空间大小和平板与其他结构的连接方式。S22：根据设计参数生成初始化几何模型。图3显示了本专利技术实施例提供的一种平板的初始化几何模型的示意图，如图3所示，该初始化几何模型为三维板材模型，该平板10包括有一个初始圆孔10a。这样，可以得到平板的轮廓外形，为后续的设计提供基础模型，初始化几何模型为三维的板材模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带孔的平板的设计方法，其特征在于，所述方法包括：构建平板的初始化几何模型，所述初始化几何模型上带有初始圆孔；根据所述初始化几何模型生成所述平板的几何中面模型；采用有限元法对所述几何中面模型进行离散，以得到网格模型；获取所述初始圆孔被分割成的弧的数量值；获取材料属性和材料厚度；获取所述平板的边界条件；获取优化设计变量和优化目标，以得到形状优化模型；求解所述形状优化模型，以得到具有最优孔的最优形状模型。

【技术特征摘要】
1.一种带孔的平板的设计方法，其特征在于，所述方法包括：构建平板的初始化几何模型，所述初始化几何模型上带有初始圆孔；根据所述初始化几何模型生成所述平板的几何中面模型；采用有限元法对所述几何中面模型进行离散，以得到网格模型；获取所述初始圆孔被分割成的弧的数量值；获取材料属性和材料厚度；获取所述平板的边界条件；获取优化设计变量和优化目标，以得到形状优化模型；求解所述形状优化模型，以得到具有最优孔的最优形状模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建平板的初始化几何模型，包括：获取所述平板的设计参数；根据所述设计参数生成所述初始化几何模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述设计参数包括所述平板的尺寸、形状、所述初始圆孔的圆心和所述初始圆孔的半径。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当在所述平板上设计用于支撑转轴或圆截面梁的圆孔时，所述初始圆孔被分割成的弧的数量为1，所述优化设计变量为所述弧的半径。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当在所述平板上设计用于减重的腰形...

【专利技术属性】
技术研发人员：付世欣，覃刚，王强，樊佳，
申请(专利权)人：武汉船用机械有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42