一种应用于恒压变量液压柱塞泵疲劳寿命分析方法技术

本发明专利技术提供的一种应用于恒压变量液压柱塞泵疲劳寿命分析方法，对产品进行领域建模，包括液压柱塞泵的几何模型、液压模型、运动学模型、有限元模型等，有助于理解产品多维度的性能，符合现代设计需求的发展方向；然后进行关键部件的疲劳寿命分析，推进液压柱塞泵整体性能的提高；由于当前技术的局限，研究对象并不是液压柱塞泵整体；本发明专利技术以主轴和柱塞等为例，分析了液压柱塞泵关键部件的疲劳寿命，对于推进液压柱塞泵整体疲劳寿命提供了依据，也是对其整体性能研究的基础。

A Fatigue Life Analysis Method for Constant Pressure Variable Hydraulic Piston Pump

【技术实现步骤摘要】
一种应用于恒压变量液压柱塞泵疲劳寿命分析方法
本专利技术属于流体传动与控制
，具体涉及一种应用于恒压变量液压柱塞泵疲劳寿命分析方法。
技术介绍
随着航空工业的迅猛发展，运载体总体的寿命及其元件的寿命作为性能参数之一，是重要的考察指标。疲劳是液压柱塞泵一种极为常见的失效形式，液压柱塞泵的性能要求不断提高，疲劳寿命成为非常有意义的研究目标。液压柱塞泵在使用过程中不断磨损、老化，为了防止事故发生、人员伤亡，了解其剩余寿命是十分必要的。传统的建立物理样机的试验方式，具有成本高昂、试验周期长等缺点，同时对于柱塞泵的各种物理信息的观察也存在极大的困难，这也是导致对于其寿命影响因素的研究不深入的原因之一。虚拟样机是一种依赖于计算机技术发展的新兴技术，越来越多地被应用在航空航天、机械制造、国防工业等领域，具有良好的发展前景。它利用计算机软件建立机械系统的整体模型，针对系统使用过程存在的可能工况进行仿真，对于系统的整体性能进行分析与评估，从而为系统的设计提供优化依据。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种应用于恒压变量液压柱塞泵疲劳寿命分析方法，可以计算液压柱塞泵疲的理论寿命。一种应用于液压柱塞泵的疲劳寿命分析方法，包括如下步骤：步骤1、液压柱塞泵的多领域建模，具体为：采用UG软件建立液压柱塞泵的几何模型；应用AMESim软件建立液压柱塞泵的液压模型；将液压柱塞泵的几何模型导入到ADAMS软件中，建立液压柱塞泵的动力学模型；将UG软件建立的几何模型导入到ANSYS软件中，建立液压柱塞泵带分析部件的有限元模型；步骤2、仿真分析与疲劳分析，具体为：S21、将AMESim软件中液压柱塞泵的液压模型导入到ADAMS软件中，获得动力学模型所需的作用力；S22、将待分析部件的有限元模型分别导入到ADAMS软件，替代步骤1中建立的动力学模型中待分析部件的刚体模型，以此建立液压柱塞泵的多体动力学刚柔耦合模型；S23、基于S21获得所述作用力，在ADMAS中驱动液压柱塞泵刚柔耦合模型仿真，分别得到待分析部件的载荷文件；S24、根据S23中得到的载荷文件，在不同的工况下选择一个周期内的载荷，导入到ANSYS软件的有限元模型中，计算待分析部件的应力应变结果；S25、将待分析部件的应力应变结果导入nCode软件，设置该部件的材料属性，结合疲劳寿命模型，估计待分析部件的疲劳寿命。进一步的，还包括对所述液压模型、动力学模型以及有限元模型的模型封装，进而分别形成管理平台。较佳的，所述液压模型对应的管理平台，利用Matlab与AMESim软件的接口函数，在Matlab-GUI中编写用户界面。较佳的，所述液压模型管理平台的用户界面包括全局参数设置界面，仿真参数设置界面、仿真结果显示界面以及数据文件保存导出界面。较佳的，所述动力学模型建立完成后，导入到Simulink中作为其中的一个计算模块，然后再Matlab软件中对该计算模块进行控制。较佳的，所述动力学模型管理平台设置的界面包括修改参数界面、导入数据文件界面以及仿真结果显示界面。较佳的，所述有限元模型对应的管理平台的控制通过使用系统命令调用ANSYS读取APDL文件实现。较佳的，所述有限元模型对应的管理平台设置的界面包括参数设置界面、多个生成mnf文件界面以及模型仿真显示界面。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的一种应用于恒压变量液压柱塞泵疲劳寿命分析方法，对产品进行领域建模，包括液压柱塞泵的几何模型、液压模型、运动学模型、有限元模型等，有助于理解产品多维度的性能，符合现代设计需求的发展方向；然后进行关键部件的疲劳寿命分析，推进液压柱塞泵整体性能的提高；由于当前技术的局限，研究对象并不是液压柱塞泵整体；本专利技术以主轴和柱塞等为例，分析了液压柱塞泵关键部件的疲劳寿命，对于推进液压柱塞泵整体疲劳寿命提供了依据，也是对其整体性能研究的基础。附图说明图1为已有的基于接口的多领域建模方法示意图；图2为已有的基于统一语言的多领域建模方法示意图；图3为本专利技术的一种应用于恒压变量液压柱塞泵疲劳寿命分析方法流程图；图4-1为本专利技术的AMESim软件管理平台功能设计图；图4-2为本专利技术的AMESim软件管理平台的主界面示意图；图5-1为本专利技术的ADAMS软件管理平台功能设计图；图5-2为本专利技术的ADAMS软件管理平台的主界面示意图；图6-1为本专利技术的ANSYS软件管理平台功能设计图；图6-2为本专利技术的ANSYS软件管理平台的主界面示意图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。设备制造技术的快速发展，除了广泛的硬件经验，独立软件设计仿真必须在硬件制造之前完成，这样的市场需求，促进新的具有挑战性的多领域建模技术的进步。汽车、航空航天和生物医学等领域都迫切需要可针对可靠的、独立的、无线多功能设备的廉价、快速开发的软件。对于一个复杂系统的研究，已经不能满足于机械、控制、电子、光学、液压和软件等单学科领域的仿真。要完整地了解一个复杂系统的行为，需要对多个学科领域子系统进行综合的研究，用不同学科的方式去仿真分析。多领域建模是指将来自于机械机械、控制、电子、液压、气动和软件等不同学科领域的模型组装成为一个更大的仿真模型，用以仿真。根据具体需求的不同，不仅可以对一个单学科子系统的不同部件进行建模，在此基础上还可以建立一个不同学科子系统的复杂系统。系统的复杂性增加，造成了软件和硬件技术的更大挑战。作为目前发展的趋势，每个学科有着独立的发展轨迹，当一个的商业软件满足单学科的要求时，将集成到一定的复杂程度。工业发展的新趋势是，将单学科的集成转换为密集的多学科发展轨迹。在多学科支持的框架之下，能够更好地模拟、验证、生产和信息交换。目前多领域建模的方法主要分为三种：基于接口(basedoninterfaces)方法、基于统一语言(basedonuniformlanguage)的方法、基于高层体系结构(basedonhighlevelarchitecture)的方法。基于接口的多领域建模方法，是应用这些成熟的商业软件，建立各学科的子系统模型，通过商业软件之间的接口，将子系统模型联系起来，构成整体模型，进行仿真分析。如图1所示，为三个仿真软件之间的基于接口的多领域建模。每个软件完成该学科的建模，圆圈代表软件之间的接口，在接口之间传递学科之间的信息，完成多领域的仿真。目前市场上已经存在大量的各学科的商用仿真软件，技术成熟，广为人用。多体动力学仿真软件：MSC公司开发的ADAMS、德国INTECGmbh公司开发的SIMPACK软件；有限元分析软件：MSC.NASTRAN、ANSYS、ABAQUES、COMSOLMultiphysics等；控制仿真软件：最为主流的MATLAB/Simulink、电气控制软件PRO/E等；液压气动仿真软件：AMESim、FluidSIM、EASY5等。基于这些商用软件，人们进行大量的实践，成功开发了大量的仿真模型用于产品设计。基于统一语言的多领域建模方法，根据使用的统一语言主要分为这几类：基于方程的方法、基于多极点的方法、基于BOND图的方法。方程是各领域模型通用的最直接表达语言，建模过程，用户虽然并不直接输入仿真模型对应的方程，但是商用软件本身会将各种表达形式的模型自动转换为方程。因此将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于液压柱塞泵的疲劳寿命分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、液压柱塞泵的多领域建模，具体为：采用UG软件建立液压柱塞泵的几何模型；应用AMESim软件建立液压柱塞泵的液压模型；将液压柱塞泵的几何模型导入到ADAMS软件中，建立液压柱塞泵的动力学模型；将UG软件建立的几何模型导入到ANSYS软件中，建立液压柱塞泵带分析部件的有限元模型；步骤2、仿真分析与疲劳分析，具体为：S21、将AMESim软件中液压柱塞泵的液压模型导入到ADAMS软件中，获得动力学模型所需的作用力；S22、将待分析部件的有限元模型分别导入到ADAMS软件，替代步骤1中建立的动力学模型中待分析部件的刚体模型，以此建立液压柱塞泵的多体动力学刚柔耦合模型；S23、基于S21获得所述作用力，在ADMAS中驱动液压柱塞泵刚柔耦合模型仿真，分别得到待分析部件的载荷文件；S24、根据S23中得到的载荷文件，在不同的工况下选择一个周期内的载荷，导入到ANSYS软件的有限元模型中，计算待分析部件的应力应变结果；S25、将待分析部件的应力应变结果导入nCode软件，设置该部件的材料属性，结合疲劳寿命模型，估计待分析部件的疲劳寿命。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于液压柱塞泵的疲劳寿命分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、液压柱塞泵的多领域建模，具体为：采用UG软件建立液压柱塞泵的几何模型；应用AMESim软件建立液压柱塞泵的液压模型；将液压柱塞泵的几何模型导入到ADAMS软件中，建立液压柱塞泵的动力学模型；将UG软件建立的几何模型导入到ANSYS软件中，建立液压柱塞泵带分析部件的有限元模型；步骤2、仿真分析与疲劳分析，具体为：S21、将AMESim软件中液压柱塞泵的液压模型导入到ADAMS软件中，获得动力学模型所需的作用力；S22、将待分析部件的有限元模型分别导入到ADAMS软件，替代步骤1中建立的动力学模型中待分析部件的刚体模型，以此建立液压柱塞泵的多体动力学刚柔耦合模型；S23、基于S21获得所述作用力，在ADMAS中驱动液压柱塞泵刚柔耦合模型仿真，分别得到待分析部件的载荷文件；S24、根据S23中得到的载荷文件，在不同的工况下选择一个周期内的载荷，导入到ANSYS软件的有限元模型中，计算待分析部件的应力应变结果；S25、将待分析部件的应力应变结果导入nCode软件，设置该部件的材料属性，结合疲劳寿命模型，估计待分析部件的疲劳寿命。2.如权利要求1所述的一种应用于液压柱塞泵的疲劳寿命分析方法，其特征在于，还包括对所述液压模型、动力学...

【专利技术属性】
技术研发人员：马纪明，杨光武，曹博鸿，侯静，宋岳恒，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11