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专利号: 2022107533463
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于弹性液压油箱壳体形状及尺寸参数的优化设计方法,其特征在于,具体实施步骤如下:S1、根据弹性液压油箱结构容积和内部的工作压力,确定弹性液压油箱壳体的形状:S11、在弹性液压油箱容积一定情况下,分别建立弹性液压油箱的三角形、圆柱形和椭圆形壳体的三维模型;

S12、以弹性液压油箱在工作状态下的最大工作压力为约束条件,对S11建立的三种不同形状的弹性液压油箱进行流固耦合分析,分别得到不同形状的弹性液压油箱的最大变形、最大应力和最大应变三个参数;

S13、将S12中得到的不同形状下弹性液压油箱的最大变形参数、最大应力参数和最大应变参数进行对比,并以不同形状在三个参数下的值最小为约束条件,得到油箱壳体的最优形状;

S2、建立弹性液压油箱壳体容积的数学模型:

S21、根据弹性液压油箱壳体的基础参数及几何关系,确定弹性液压油箱壳体的容积,所述容积表达式为:其中,r为壳体内壁圆弧半径,h为壳体内壁半高度,A为壳体内壁弧圆点距中轴线距离;

S22、根据弹性液压油箱壳体数学模型中的无关变量,将壳体壁厚t、壳体内壁圆弧的半夹角θ、壳体内壁圆弧的半径r和壳体密封端面圆的半径R作为弹性液压油箱壳体形状的优化参数;

S3、根据壳体环向应力、壳体轴向应力和壳体质量,建立弹性液压油箱壳体性能指标参数模型并确立优化目标函数;

S31、根据弹性液压油箱壳体纵向切开后横截面处的受力,建立以优化参数表示的壳体环向应力的表达式如下:其中,σθ为壳体环向应力,p为油箱壳体最大工作压力,R为壳体密封端面圆半径,t为壳体壁厚,r为壳体内壁圆弧半径,θ为壳体内壁圆弧半夹角;

S32、根据弹性液压油箱壳体正中轴处横向切开后的横截面处受力分析,建立以优化参数表示的壳体轴向应力的表达式如下:其中,σz为壳体轴向应力;p为油箱壳体最大工作压力,R为壳体密封端面圆半径,t为壳体壁厚,r为壳体内壁圆弧半径,θ为壳体内壁圆弧半夹角;

S33、根据弹性液压油箱壳体的容积与油箱壳体材料的密度,建立弹性液压油箱壳体质量的表达式如下:其中,mrubber为壳体质量,ρ为油箱壳体材料的密度,R为壳体密封端面圆半径,t为壳体壁厚,r为壳体内壁圆弧半径,θ为壳体内壁圆弧半夹角,a为圆环宽度,b为圆环厚度;

S34、根据S31、S32和S33建立的表达式,建立弹性液压油箱壳体的多目标优化函数的表达式如下:f=min(f1,f2,f3);

S4、分别根据弹性液压油箱壳体的容积和加工尺寸建立约束条件;

S5、在S3的多目标优化函数和S4的约束条件下,利用多目标优化算法对弹性液压油箱壳体进行优化,得到弹性液压油箱壳体在壳体环向应力最小、壳体轴向应力最小和壳体质量最小三个优化目标下的最优解集;

S6、根据壳体环向应力、壳体轴向应力和壳体质量,建立弹性液压油箱壳体的综合评价函数,并对弹性液压油箱壳体的最优解集进行分析,得到弹性液压油箱壳体最优结构参数;

S7、对S6得到的弹性液压油箱壳体最优结构参数进行强度校核,若强度合格,则得到弹性液压油箱壳体的最优结构和最优结构参数;若强度不合格,则返回S6。

2.根据权利要求1所述的用于弹性液压油箱壳体形状及尺寸参数的优化设计方法,其特征在于,在S21中,所述弹性液压油箱壳体的基础参数,其包括密封端面圆半径R、内壁圆弧半径r、椭圆部分的弧长L、内壁弧圆点距中轴线距离A和内壁弧圆点距中轴线距离与密封端面圆半径的差值B。

3.根据权利要求1所述的用于弹性液压油箱壳体形状及尺寸参数的优化设计方法,其特征在于,在S22中,壳体壁厚t的变量范围为4mm‑10mm、壳体内壁圆弧的半夹角θ的变量范围为15‑90°、壳体内壁圆弧的半径r的变量范围为20‑130mm和壳体密封端面圆的半径R的变量范围为40‑140mm。

4.根据权利要求1所述的用于弹性液压油箱壳体形状及尺寸参数的优化设计方法,其特征在于,在步骤S4中,所述容积约束条件表达式如下:其中,V为油箱壳体的容积,R为壳体密封端面圆半径,r为壳体内壁圆弧半径,θ为壳体内壁圆弧半夹角;

所述加工尺寸约束条件表达式如下:

其中,R为壳体密封端面圆半径,t为壳体壁厚,r为壳体内壁圆弧半径,θ为壳体内壁圆弧半夹角,a为圆环宽度。

5.根据权利要求1所述的用于弹性液压油箱壳体形状及尺寸参数的优化设计方法,其特征在于,在步骤S6中,所述综合评价函数的表达式如下:式中,fσθ为油箱壳体环向应力函数,fσz为油箱壳体轴向应力函数,fm为油箱壳体质量函数,fσθ0、fσz0、fm0为一个初始可接受的值,λi为相对系数,与油箱壳体性能指标权重系数有关的系数。