发动机零部件的结构优化方法、装置、设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种发动机零部件的结构优化方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：建立发动机的全局有限元模型；对发动机的全局有限元模型进行应力计算，得到第一应力计算结果；根据第一应力计算结果，确定发动机中的待优化零部件的高应力区域；采用有限元子模型技术，建立待优化零部件的高应力区域对应的局部有限元模型；提取局部有限元模型的边界节点位移数据，生成边界文件；根据边界文件重新定义局部有限元模型的驱动边界，得到边界直驱局部有限元模型；对边界直驱局部有限元模型进行结构优化，得到最优结构设计方案；根据最优结构设计方案，对待优化零部件的几何模型进行重构设计。采用本发明专利技术能提高发动机零部件结构优化的效率和有效性。

【技术实现步骤摘要】
发动机零部件的结构优化方法、装置、设备及存储介质
本专利技术涉及发动机
，尤其涉及一种发动机零部件的结构优化方法、装置、设备及存储介质。
技术介绍
随着计算机软件与硬件技术的快速发展，CAE(ComputerAidedEngineering，计算机辅助工程)技术在现代产品设计开发中得到了越来越广泛的应用，特别是在汽车行业，以有限元分析为基础的虚拟仿真和结构优化技术已成为汽车零部件正向设计开发过程中的必经环节和必要手段。由于每一个零件都以装配体形式存在，实现其具体功能，因此工程中尽可能模拟零部件的真实装配关系和工作环境以提高仿真置信度。发动机作为汽车最为重要的组成部分之一，其构成复杂，零部件繁多，并承受复杂多变的内外工作环境，因此目前对于发动机零部件强度仿真分析均以装配体形式开展，但由于模型复杂、工况繁多、存在接触及材料非线性等因素，对其零部件进行结构优化时迭代缓慢、收敛困难，导致发动机零部件结构强度自动优化技术在工程实践中鲜有应用。目前，基于CAE技术的发动机零部件结构优化方法主要有两种：第一，基于发动机装配体进行有限元计算获得应力等结果后，进一步进行强度或疲劳强度分析评估，对零件未达标区域基于分析结果和经验对CAD模型进行调整，然后重新进行有限元分析，如此反复，直至零件达到设计标准；第二，基于发动机装配体进行有限元计算获得应力等结果后，进一步进行强度或疲劳强度分析评估，简化装配体模型进而搭建自动优化设计模型，获取优化达标方案对CAD模型进行调整，然后重新进行有限元分析校核，若不满足设计标准，则再重复简化优化，直至零件达到设计标准。本专利技术人在实施本专利技术的过程中发现，现有技术中存在以下技术问题：对于上述第一种方法，由于发动机的结构复杂、涉及零部件多，在仿真分析中模型规模较大、分析周期较长，而上述第一种方法中需要对发动机装配体进行多轮仿真分析，因此上述第一种方法的优化效率较低；对于上述第二种方法，虽然模型简化在一定程度上提高了有限元计算效率，但由于简化模型会造成计算精度的大幅下降，容易导致优化后的零部件在实际校核中仍然不达标或过设计，因此上述第二种方法的有效性较低。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种发动机零部件的结构优化方法、装置、设备及存储介质，能提高发动机零部件结构优化的效率和有效性。本专利技术一实施例提供一种发动机零部件的结构优化方法，包括：建立发动机的全局有限元模型；对所述发动机的全局有限元模型进行应力计算，得到第一应力计算结果；根据所述第一应力计算结果，确定所述发动机中的待优化零部件的高应力区域；采用有限元子模型技术，建立所述待优化零部件的高应力区域对应的局部有限元模型；提取所述局部有限元模型的边界节点位移数据，生成边界文件；根据所述边界文件重新定义所述局部有限元模型的驱动边界，得到边界直驱局部有限元模型；对所述边界直驱局部有限元模型进行结构优化，得到最优结构设计方案；根据所述最优结构设计方案，对所述待优化零部件的几何模型进行重构设计。作为上述方案的改进，所述建立发动机的全局有限元模型，具体包括：建立发动机各零部件的几何模型；对所述发动机中的待优化零部件的几何模型进行有限元网格划分；根据预先获取的发动机各零部件间的接触关系，对所述发动机各零部件的几何模型进行装配，得到装配体模型；对所述装配体模型中的各零部件赋予材料属性，并对所述装配体模型施加约束和载荷，得到发动机的全局有限元模型。作为上述方案的改进，所述根据所述第一应力计算结果，确定所述发动机中的待优化零部件的高应力区域，具体包括：根据所述第一应力计算结果，确定所述待优化零部件内的最大应力值；当判断到所述最大应力值大于预设的材料强度设计限值时，判定所述最大应力值对应的区域为待优化零部件的高应力区域。作为上述方案的改进，所述采用有限元子模型技术，建立所述待优化零部件的高应力区域对应的局部有限元模型，具体包括：从所述待优化零部件的几何模型中切割出以所述高应力区域为中心的局部几何模型；对所述局部几何模型进行有限元网格划分，得到局部网格模型；将所述局部网格模型的坐标调整至与所述装配体模型一致；定义所述局部网格模型的切割边界节点集；采用有限元子模型技术，对所述局部网格模型进行载荷和边界的设置，得到局部有限元模型。作为上述方案的改进，在所述提取所述局部有限元模型的边界节点位移数据，生成边界文件之前，所述采用有限元子模型技术，建立所述待优化零部件的高应力区域对应的局部有限元模型之后，所述优化方法还包括：采用有限元子模型技术，对所述局部有限元模型进行应力计算，得到第二应力计算结果；基于所述第二应力计算结果和所述第一应力计算结果，判断所述高应力区域在所述局部有限元模型和所述全局有限元模型内的应力值之差是否超过第一预设差值阈值；若是，则返回并执行所述采用有限元子模型技术，建立所述待优化零部件的高应力区域对应的局部有限元模型的步骤；若否，则执行所述提取所述局部有限元模型的边界节点位移数据，生成边界文件的步骤。作为上述方案的改进，在所述对所述边界直驱局部有限元模型进行结构优化，得到最优结构设计方案之前，所述根据所述边界文件重新定义所述局部有限元模型的驱动边界，得到边界直驱局部有限元模型之后，所述优化方法还包括：对所述边界直驱局部有限元模型进行应力计算，得到第三应力计算结果；基于所述第一应力计算结果和所述第三应力计算结果，判断所述高应力区域在所述全局有限元模型和所述边界直驱局部有限元模型内的应力值之差是否超过第二预设差值阈值；若是，则返回并执行所述提取所述局部有限元模型的边界节点位移数据，生成边界文件的步骤；若否，则执行所述对所述边界直驱局部有限元模型进行结构优化，得到最优结构设计方案的步骤。作为上述方案的改进，所述对所述边界直驱局部有限元模型进行结构优化，得到最优结构设计方案，具体包括：基于所述边界直驱局部有限元模型，根据预先获取的所述待优化零部件对应的优化目标、设计变量和约束条件，建立结构优化模型；对所述结构优化模型进行优化求解，得到最优结构设计方案。本专利技术另一实施例提供一种发动机零部件的结构优化装置，包括：全局模型建立模块，用于建立发动机的全局有限元模型；全局应力计算模块，用于对所述发动机的全局有限元模型进行应力计算，得到第一应力计算结果；高应力区域确定模块，用于根据所述第一应力计算结果，确定所述发动机中的待优化零部件的高应力区域；局部模型建立模块，用于采用有限元子模型技术，建立所述待优化零部件的高应力区域对应的局部有限元模型；边界文件提取模块，用于提取所述局部有限元模型的边界节点位移数据，生成边界文件；直驱模型建立模块，用于根据所述边界文件重新定义所述局部有限元模型的驱动边界，得到边界直驱局部有限元模型；结构优化模块，用于对所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发动机零部件的结构优化方法，其特征在于，包括：/n建立发动机的全局有限元模型；/n对所述发动机的全局有限元模型进行应力计算，得到第一应力计算结果；/n根据所述第一应力计算结果，确定所述发动机中的待优化零部件的高应力区域；/n采用有限元子模型技术，建立所述待优化零部件的高应力区域对应的局部有限元模型；/n提取所述局部有限元模型的边界节点位移数据，生成边界文件；/n根据所述边界文件重新定义所述局部有限元模型的驱动边界，得到边界直驱局部有限元模型；/n对所述边界直驱局部有限元模型进行结构优化，得到最优结构设计方案；/n根据所述最优结构设计方案，对所述待优化零部件的几何模型进行重构设计。/n

【技术特征摘要】
1.一种发动机零部件的结构优化方法，其特征在于，包括：
建立发动机的全局有限元模型；
对所述发动机的全局有限元模型进行应力计算，得到第一应力计算结果；
根据所述第一应力计算结果，确定所述发动机中的待优化零部件的高应力区域；
采用有限元子模型技术，建立所述待优化零部件的高应力区域对应的局部有限元模型；
提取所述局部有限元模型的边界节点位移数据，生成边界文件；
根据所述边界文件重新定义所述局部有限元模型的驱动边界，得到边界直驱局部有限元模型；
对所述边界直驱局部有限元模型进行结构优化，得到最优结构设计方案；
根据所述最优结构设计方案，对所述待优化零部件的几何模型进行重构设计。


2.如权利要求1所述的发动机零部件的结构优化方法，其特征在于，所述建立发动机的全局有限元模型，具体包括：
建立发动机各零部件的几何模型；
对所述发动机中的待优化零部件的几何模型进行有限元网格划分；
根据预先获取的发动机各零部件间的接触关系，对所述发动机各零部件的几何模型进行装配，得到装配体模型；
对所述装配体模型中的各零部件赋予材料属性，并对所述装配体模型施加约束和载荷，得到发动机的全局有限元模型。


3.如权利要求1所述的发动机零部件的结构优化方法，其特征在于，所述根据所述第一应力计算结果，确定所述发动机中的待优化零部件的高应力区域，具体包括：
根据所述第一应力计算结果，确定所述待优化零部件内的最大应力值；
当判断到所述最大应力值大于预设的材料强度设计限值时，判定所述最大应力值对应的区域为待优化零部件的高应力区域。


4.如权利要求2所述的发动机零部件的结构优化方法，其特征在于，所述采用有限元子模型技术，建立所述待优化零部件的高应力区域对应的局部有限元模型，具体包括：
从所述待优化零部件的几何模型中切割出以所述高应力区域为中心的局部几何模型；
对所述局部几何模型进行有限元网格划分，得到局部网格模型；
将所述局部网格模型的坐标调整至与所述装配体模型一致；
定义所述局部网格模型的切割边界节点集；
采用有限元子模型技术，对所述局部网格模型进行载荷和边界的设置，得到局部有限元模型。


5.如权利要求1所述的发动机零部件的结构优化方法，其特征在于，在所述提取所述局部有限元模型的边界节点位移数据，生成边界文件之前，所述采用有限元子模型技术，建立所述待优化零部件的高应力区域对应的局部有限元模型之后，所述优化方法还包括：
采用有限元子模型技术，对所述局部有限元模型进行应力计算，得到第二应力计算结果；
基于所述第二应力计算结果和所述第一应力计算结果，判断所述高应力区域在所述局部有限元模型和所述全局有限元模型内的应力值之差是否超过第一预设差值阈值；
若是，则返回并执行所述采用有限元子模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐瑞东，陈宇，韦静思，郭旭阳，陈毅，黄鹏，
申请(专利权)人：广州汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44