CN105022900B - 基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法，包括：（S1）在三维建模软件中，建立重型数控立车静压转台流固耦合参数化模型；（S2）通过有限元分析软件对重型数控立车静压转台流固耦合参数化模型进行网格划分；（S3）计算重型数控立车静压转台各部分热边界条件的初始值和静压转台与环境之间的对流换热系数；（S4）对重型数控立车静压转台及重型数控立车静压转台中油膜温度场进行分析；（S5）模拟重型数控立车静压转台的实际安装情况以及承受力载荷的情况，得到重型数控立车静压转台的变形场；（S6）利用有限元分析软件对重型数控立车静压转台进行优化计算，最终得到优化后的重型数控立车静压转台结构参数及优化目标值。

Description

基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法

技术领域

本发明涉及一种计算机辅助分析工具领域的方法，具体地说，是涉及一种基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法。

背景技术

伴随科学技术日新月异的高速发展，航空、航天、能源、船舶制造过程中对大型零件加工要求越来越趋向于极端化，对重型数控机床加工的精度、承载能力、加工效率等都提出了越来越高的要求。静压转台作为重型数控机床里面的关键核心部件，在车、铣、磨等重型数控机床应用广泛，目前受国内机床设计技术水平限制，导致重型机床静压转台在技术指标上与国外先进产品存在较大差距，特别是对静压转台发热机理及其热态性能研究不够深入，因为在重载应用工况下，油膜发热量随着工作台转速的升高而升高，不仅导致数控转台发生热变形，直接影响重型数控机床加工精度，还会使承载油膜变薄，进而使静压转台由于变形导致润滑失效，由此限制了重型机床静压转台性能的改进和提升。

目前对于重型数控立车静压转台的热特性分析的研究甚少并且还存在诸多问题，其热交换边界条件考虑的不够全面同时也还没有对其热特性分析的准确计算方法。目前对于重型数控立车静压转台热态特性分析的方法主要有：

(1)理论分析方法，主要是在已有的一些经验公式的基础上进行改进(如雷诺方程，粘度计算公式等)，将改进以后的公式用于机床温度场及变形场计算，或者将数学上一些新兴的、先进的数学原理或方法用于机床一些热边界条件的计算，如利用神经网络方法计算机床的对流换热系数。

(2)试验分析方法，主要是利用检测温度及变形的一些仪器，通过改变工况，直接对重型机床关键部位的温度场及变形场进行测量，分析各种因素对机床温度场及变形场的影响作用及规律。该方法得到的结果准确可靠，但是花费的时间、人力、物力都很大，受时间、环境等各种条件限制，成本较大。

(3)有限元数值分析方法，主要利用有限元理论通过数值分析软件(如ANSYS、FLUENT等)模拟出重型机床各部件温度分布情况以及由温度变化引起的热变形、热应力、热应变等。该方法的优点是对于三维结构中一些不容易测得量，利用有限元数值分析方法可以直接定量算出，且对于研究来说相对试验方法成本很低。随着数值模拟技术的发展已日渐成熟，在热变形分析领域得到广泛应用，已经成为热变形分析的重要手段。

上述方法存在如下不足：

在重型数控立车静压转台温度场计算中，油液与转台、转台表面与空气之间的对流换热系数对于温度场分析精确与否至关重要，但目前多是利用简化的经验公式进行估算，但在工程实践中实际情况很复杂，在计算之前需要对模型边界条件进行假设，通过假设以后根据公式所计算的值与准确值之间存在较大偏差；

在重型数控立车静压转台温度场计算中，油垫中油液发热后传给转台的热量多是通过经验公式计算出油膜平均温升，将计算的平均温升作为热源加载到转台接触位置。而油垫内油液的温度并不是处处相等的，因而与转台接触位置的温度不能简单用一个平均温度代替，且油液传入工作台和底座的热量也不一样，这样会影响到转台温度场计算的准确性，进而影响转台热变形数值计算的精度；

在进行重型数控立车静压转台结构优化中，多是以油膜承载力和刚度作为优化目标，少数考虑到油膜温升对转台性能影响的也是以总功率为优化目标间接分析，但是总功率大并不表示油膜温升一定高，这与油垫的结构、位置、数量等有关系。而直接影响机床加工精度的是转台热变形量，其不仅与油膜温升有关，还与转台自身结构分布相关。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法。本发明采用的技术方案如下：

一种基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法，其特征在于，其包括如下步骤：

(S1)根据重型数控立车静压转台的结构及尺寸要求，在三维建模软件中建立重型数控立车静压转台的流固耦合模型，并定义重型数控立车静压转台的结构参数为参数变量，得到重型数控立车静压转台的流固耦合参数化模型；

(S2)通过三维建模软件和有限元分析软件无缝接口，将所述步骤(S1)得到的重型数控立车静压转台的流固耦合参数化模型导入有限元分析软件的前处理软件中，用参数化的方式进行网格划分；

(S3)根据重型数控立车静压转台中油膜的产热机理、热交换类型以及油液热量在重型数控立车静压转台和环境之间的传递过程，计算重型数控立车静压转台的热边界条件的初始值和重型数控立车静压转台与环境之间的对流换热系数；

(S4)设置重型数控立车静压转台中工作台、底座、油垫和油液及与重型数控立车静压转台接触的空气的物理性能参数，并根据所述步骤(S3)中得到的重型数控立车静压转台的热边界条件的初始值和重型数控立车静压转台与环境之间的对流换热系数，对重型立车静压转台及油膜温度场进行分析，以确定重型数控立车静压转台承受的热载荷及油膜压力；

(S5)根据重型数控立车静压转台的实际安装情况以及承受力载荷情况，分析对工作台和底座固定约束与位移约束以及力载荷，同时将所述步骤(S4)中得到的油膜压力及重型数控立车静压转台承受的热载荷加到工作台上，计算得到重型数控立车静压转台的变形场，以得到重型数控立车静压转台的最大热变形量；

(S6)利用有限元分析软件中的优化设计模块中的响应面优化方法，指定重型数控立车静压转台的结构参数、油垫尺寸参数、油液的物理性能参数为设计变量，定义重型数控立车静压转台的最大热变形量、油膜最高温升、油膜承载力为优化目标，并设定各变量取值范围，进行优化计算，以得到优化后的结构参数及优化目标值。

根据一个优选的实施方式，在所述步骤(S1)中，重型数控立车静压转台的流固耦合模型为工作台、油膜和底座之间的流固耦合模型；其中，油膜为油液在工作台与设置于底座中的油垫的接触面形成的油膜。

根据一个优选的实施方式，工作台由台面、第一周向筋板和第一径向筋板组成；底座由支撑面、第二周向筋板和第二径向筋板组成；在底座设置有回油槽及油腔，油垫设置于回油槽内；在所述步骤(S1)中，重型数控立车静压转台的结构参数包括第一周向筋板、第二周向筋板距轴心距离及第一周向筋板、第二周向筋板的厚度和工作台上第一径向筋板的数量；以及油垫距轴心距离、油垫封油边宽度、油腔深度和回油槽高度。

根据一个优选的实施方式，在所述步骤(S2)中，对重型数控立车静压转台的流固耦合参数化模型进行网格划分时，根据模型构成，将重型数控立车静压转台分成工作台、油膜、油垫、底座四部分，并对各部分分别进行六面体结构化网格划分。

根据一个优选的实施方式，在所述步骤(S3)中，重型数控立车静压转台的热边界条件包括：底座底面设置为固定约束、转台与主轴接触面的位移约束、转台自身重力和工件重力、工作台与油膜接触位置压力和底座与油膜接触位置压力。

根据一个优选的实施方式，在所述步骤(S3)中，由下列公式计算重型数控立车静压转台与环境之间的对流换热系数：

其中：Re为转台表面与空气之间的旋转雷诺数；n为工作台转速；R为工作台表面分割后各部分半径；v为运动粘度；

其中：Nu_上强为工作台表面强制努谢尔系数；Pr为普朗特系数；

其中：h_上强为工作台表面各部分强制对流换热系数；λ为空气热传导系数；

其中：Nu_上自为工作台表面自然努谢尔系数；Gr为格拉晓夫数；h_上自为工作台表面自然对流换热系数；β为流体体膨胀系数；Δt为流体和壁面的温度差，d_x为分割面各部分最大直径，g为重力加速度；

其中，格拉晓夫数与雷诺数的平方的比值若大于0.1而小于10，则认为转台表面对流换热系数为混合对流换热系数：

其中：h_混为转台表面混合对流换热系数；h_强为转台表面强制对流换热系数；h_自为转台表面自然对流换热系数。

根据一个优选的实施方式，在所述步骤(S4)中，设置油膜与重型数控立车静压转台接触面为耦合面，利用有限元分析软件中的求解器求解运算，对重型立车静压转台及油膜温度场进行分析。

根据一个优选的实施方式，在所述步骤(S4)中，工作台、底座和油垫的物理性能参数包括密度、比热容、热导率和线膨胀系数；油液和与重型数控立车静压转台接触的空气的物理性能参数包括密度、比热容、热导率和粘度；耦合面包括固-固耦合面以及固-液耦合面；其中，固-固耦合面为油垫下表面与底座接触面；其中，固-液耦合面包括：油膜上表面与工作台下表面接触面，其设置为旋转壁面；油膜与油垫接触面，其设置为静止壁面；油膜与底座接触面，其设置为静止壁面。

根据一个优选的实施方式，在所述步骤(S4)中，还包括如下边界条件：入口边界设置为恒压型油垫的压力入口或恒流型油垫的速度入口；出口边界设置为压力出口；重型数控立车静压转台与空气接触的表面设置为对流换热，对流换热系数值根据计算取值，并按照实际工作条件设置入口温度和环境温度。

根据一个优选的实施方式，在所述步骤(S5)中，基于热固耦合分析利用有限元分析软件中的求解器，通过求解计算，得到重型数控立车静压转台的变形场。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

通过分析重型数控立车静压转台热量传递过程及转台表面与空气之间的热交换类型，根据转台结构分别确定各表面与空气之间的对流换热系数。基于流固耦合原理在有限元软件求解器中设置油膜与转台接触面为耦合面，反映油液与转台之间的热量传递情况。同时利用试验分析结果修正转台表面热交换系数，从而提高重型数控落立车静压转台的热特性数值分析结果的精度。

利用有限元分析软件平台中的响应面优化方法，建立油膜与转台流固耦合的参数化模型，分析转台热变形及油膜热特性，并以转台热变形量及油膜温度直接作为优化目标对转台流固耦合模型进行结构优化，弥补了只对油膜承载力和刚度优化，未考虑转台热变形影响的不足。

附图说明

图1为本发明重型数控立车静压转台结构优化设计流程图；

图2为本发明中静压转台结构示意图；

图3为本发明中工作台结构示意图；

图4为本发明中底座俯视结构示意图；

图5为本发明中油垫结构示意图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

1-工作台，2-油膜，3-底座，4-油垫，5-第一周向筋板，6-第一径向筋板，7-油腔，8-进油管，9-封油边，10-回油槽高度。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

如图1所示，基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法，其包括如下步骤：

(S1)根据重型数控立车静压转台的结构及尺寸要求，在三维建模软件中建立重型数控立车静压转台的流固耦合模型，并定义重型数控立车静压转台的结构参数为参数变量，得到重型数控立车静压转台的流固耦合参数化模型；

(S2)通过三维建模软件和有限元分析软件无缝接口，将所述步骤(S1)得到的重型数控立车静压转台的流固耦合参数化模型导入有限元分析软件的前处理软件中，用参数化的方式进行网格划分；

(S3)根据重型数控立车静压转台中油膜的产热机理、热交换类型以及油液热量在重型数控立车静压转台和环境之间的传递过程，计算重型数控立车静压转台的热边界条件的初始值和重型数控立车静压转台与环境之间的对流换热系数；

(S4)设置重型数控立车静压转台中工作台、底座、油垫和油液及与重型数控立车静压转台接触的空气的物理性能参数，并根据所述步骤(S3)中得到的重型数控立车静压转台的热边界条件的初始值和重型数控立车静压转台与环境之间的对流换热系数，对重型立车静压转台及油膜温度场进行分析，以确定重型数控立车静压转台承受的热载荷及油膜压力；

(S5)根据重型数控立车静压转台的实际安装情况以及承受力载荷情况，分析对工作台和底座固定约束与位移约束以及力载荷，同时将所述步骤(S4)中得到的油膜压力及重型数控立车静压转台承受的热载荷加到工作台上，计算得到重型数控立车静压转台的变形场，以得到重型数控立车静压转台的最大热变形量；

(S6)利用有限元分析软件中的优化设计模块中的响应面优化方法，指定重型数控立车静压转台的结构参数、油垫尺寸参数、油液的物理性能参数为设计变量，定义重型数控立车静压转台的最大热变形量、油膜最高温升、油膜承载力为优化目标，并设定各变量取值范围，进行优化计算，以得到优化后的结构参数及优化目标值。

本发明针对重型数控机床中广泛存在的油膜发热导致机床热变形问题，本发明提出一种基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法。分析重型数控立车静压转台的温度场及变形场，为重型数控机床热误差的补偿提供依据。基于热-流-固耦合分析原理得到的静压转台热态特性的数值模拟和试验研究的结果，提出转台结构优化改进方法，控制重型数控机床的热变形误差比如油膜温升控制、误差补偿等。

如图2所示，在重型数控立车静压转台流固耦合参数化模型中，静压转台包括工作台1、底座3、油垫4和形成于工作台1与油垫4之间的油膜2。并且工作台、底座及油垫所用材料参数各不相同。具体的，如图3所示，工作台由台面、第一周向筋板5和第一径向筋6板构成。自转台中心至外缘处共有2层第一周向筋板，第一周向方向上呈圆周对称分布着12层第一径向筋板。底座3由支撑面、第二周向筋板和第二径向筋板。还包括多个油垫4。底座内部结构与工作台类似，共1层第二周向筋板，第二周向均布着12层第二径向筋板，12个扇形油垫均布在筋板正上方处，如图4所示。如图5所示，油垫与油垫之间形成有回油槽，油腔7及回油槽中充满油液，进油管8为圆柱形。在油腔中设置有封油边9。油膜上表面与转台下表面接触，形成有油膜2。

本发明基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法，具体包括如下步骤：

(1)根据重型数控立车静压转台结构及尺寸要求，在三维建模软件PRO/E或UG中建立其工作台、油液和底座之间的流固耦合模型，并定义转台结构和油垫各关键尺寸为参数变量；

(2)通过PRO/E或UG和有限元软件ANSYS Workbench 14.5无缝接口，将重型数控立车静压转台的流固耦合参数化模型导入Workbench前处理软件ICEM CFD中，用参数化的方式进行网格划分；

(3)根据重型数控立车静压转台油膜产热机理、热交换类型以及油液热量在转台和环境之间的传递过程，根据转台结构将工作台表面分割为11部分，并计算重型数控立车静压转台各部分热边界条件的初始值和转台与环境之间的对流换热系数；

其中，由下列公式计算重型数控立车静压转台与环境之间的对流换热系数：

其中：Re为转台表面与空气之间的旋转雷诺数；n为工作台转速；R为工作台表面分割后各部分半径；v为运动粘度；

其中：Nu_上强为工作台表面强制努谢尔系数；Pr为普朗特系数；

其中：h_上强为工作台表面各部分强制对流换热系数；λ为空气热传导系数；

其中：Nu_上自为工作台表面自然努谢尔系数；Gr为格拉晓夫数；h_上自为工作台表面自然对流换热系数；β为流体体膨胀系数；Δt为流体和壁面的温度差，d_x为分割面各部分最大直径，g为重力加速度；

其中，格拉晓夫数与雷诺数的平方的比值若大于0.1而小于10，则认为转台表面对流换热系数为混合对流换热系数：

其中：h_混为转台表面混合对流换热系数；h_强为转台表面强制对流换热系数；h_自为转台表面自然对流换热系数。

(4)根据重型数控立车静压转台的材料设置各部分物理性能参数，如设置工作台材料为球墨铸铁QT600-3，底座材料为灰铸铁HT250，油垫材料为硬质铝合金2A12，油液材料设置为L-HL46，根据(3)计算的各部分热边界条件值和转台表面各部分与环境之间的对流换热系数，确定转台承受的热载荷，设置油膜与转台接触面为耦合面，利用Workbench中的Fluent求解器求解运算，对重型立车静压转台及油膜温度场进行分析。

(5)根据重型数控立车静压转台的实际安装情况，以及承受力载荷情况，分别对工作台和底座固定约束与位移约束以及力载荷，同时将(4)中计算得到的油膜压力及转台温度作为载荷施加到工作台上，基于热固耦合分析利用Workbench中的ANSYS Mechanical求解器，通过求解计算，可得到重型数控立车静压转台的变形场。

(6)利用ANSYS Workbench中的优化设计模块中的响应面优化方法，指定转台结构参数、油垫尺寸参数、油液的物理性能参数为设计变量，定义转台最大热变形量、油膜最高温升、油膜承载力为优化目标，并设定各变量取值范围，进行优化计算，最终得到优化后的结构参数及优化目标值。

其中，所述的转台结构参数包括第一周向筋板、第二周向筋板距轴心距离及第一周向筋板、第二周向筋板的厚度和工作台上第一径向筋板的数量。所述油垫尺寸参数包括油垫距轴心距离(油垫在底座上所处位置)、油垫封油边宽度、油腔深度和回油槽高度。

其中，重型数控立车静压转台流固耦合参数化模型网格划分时根据模型构成分成工作台、油膜、油垫、底座四个部分，并对各部分分别进行六面体结构化网格划分；工作台和底座在油膜接触位置通过虚面切割方法对网格细化，封油边油膜内梯度变化大至少划分10层，油垫通过虚面切割分两部分划分，对转台筋板附近网格加密，以提高网格质量。

其中，工作台上表面对流换热系数值根据工作台周向筋板结构分区计算。因工作台半径较大，不同半径处工作台表面线速度相差很大，以致附近空气流态发生改变，根据周向筋板分布，在半径方向上将工作台上表面分为十一份，分别计算每一份的对流换热系数，以提高数值分析的准确度。

其中，所述重型数控立车静压转台材料属性包括工作台、底座、油垫材料即固体材料和油液、空气材料即流体材料，所述的耦合面设置包括固-固耦合面以及固-液耦合面，具体设置如下：

A、对固体材料，如工作台、底座和油垫需要定义的物理属性包括：密度，比热容，热导率和线膨胀系数；

B、对流体材料，如油液和与重型数控立车静压转台接触的空气需要定义的物理属性包括：密度，比热容，热导率和粘度；

C、固-固耦合面是油垫下表面与底座接触面，固-液耦合面包括：油膜上表面与工作台下表面接触面，其设置为旋转壁面；油膜与油垫接触面，其设置为静止壁面；油膜与底座接触面，其设置为静止壁面。

D、其它边界条件设置：恒压型油垫则设置为压力入口，恒流型油垫则设置为速度入口；出口边界设置为压力出口；与空气接触的表面设置为对流换热，对流换热系数值根据计算取值，按照实际工作条件设置入口温度和环境温度。

其中，重型数控立车静压转台的热边界条件包括底座底面设置为固定约束、转台与主轴接触面的位移约束、转台自身重力和工件重力、工作台与油膜接触位置压力和底座与油膜接触位置压力。

另外，在步骤(S6)中，油液的物理参数至少包括油液粘度和入口油温。

本发明基于流固耦合原理求解转台热-流-固耦合问题，主要针对油液与转台之间的热交换系数难以确定，将油膜与转台接触面设置为耦合面，利用流固耦合求解方法中的直接耦合式法同时求解油液和转台的温度场。利用ANSYS Workbench 14.5平台中的Fluent求解器，设置壁面边界条件为耦合对流，这样在迭代计算过程中可以不断修正油液与转台之间的对流换热系数，而不是将其设定为一个固定值。由于是同时求解油液与转台温度场，而不是先求解油液温度场再将其作为热源计算转台温度场，因而提高了转台温度场数值分析结果的准确度；

另外，以转台热变形量及油膜温度直接作为优化目标，主要针对油膜发热引起的转台热变形进而影响油膜失效问题。静压转台承载力和刚度是衡量其性能的重要指标，但是静压转台的热变形和油膜热特性同样对重型机床加工精度有很大影响。利用ANSYSWorkbench 14.5平台响应面优化方法，以转台结构参数、油垫尺寸参数和转台工作参数作为设计变量，转台最大热变形量、油膜最大温升、油膜承载力和刚度作为优化目标，对转台进行结构优化。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法，其特征在于，其包括如下步骤：

(S1)根据重型数控立车静压转台的结构及尺寸要求，在三维建模软件中建立重型数控立车静压转台的流固耦合模型，并定义重型数控立车静压转台的结构参数为参数变量，得到重型数控立车静压转台的流固耦合参数化模型；

(S2)通过三维建模软件和有限元分析软件无缝接口，将所述步骤(S1)得到的重型数控立车静压转台的流固耦合参数化模型导入有限元分析软件的前处理软件中，用参数化的方式进行网格划分；

(S3)根据重型数控立车静压转台中油膜的产热机理、热交换类型以及油液热量在重型数控立车静压转台和环境之间的传递过程，计算重型数控立车静压转台的热边界条件的初始值和重型数控立车静压转台与环境之间的对流换热系数；

(S4)设置重型数控立车静压转台中工作台、底座、油垫和油液及与重型数控立车静压转台接触的空气的物理性能参数，并根据所述步骤(S3)中得到的重型数控立车静压转台的热边界条件的初始值和重型数控立车静压转台与环境之间的对流换热系数，对重型立车静压转台及油膜温度场进行分析，以确定重型数控立车静压转台承受的热载荷及油膜压力；

(S5)根据重型数控立车静压转台的实际安装情况以及承受力载荷情况，分析对工作台和底座固定约束与位移约束以及力载荷，同时将所述步骤(S4)中得到的油膜压力及重型数控立车静压转台承受的热载荷加到工作台上，计算得到重型数控立车静压转台的变形场，以得到重型数控立车静压转台的最大热变形量；

(S6)利用有限元分析软件中的优化设计模块中的响应面优化方法，指定重型数控立车静压转台的结构参数、油垫尺寸参数、油液的物理性能参数为设计变量，定义重型数控立车静压转台的最大热变形量、油膜最高温升、油膜承载力为优化目标，并设定各变量取值范围，进行优化计算，以得到优化后的结构参数及优化目标值。

2.根据权利要求1所述的基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法，其特征在于，在所述步骤(S1)中，重型数控立车静压转台的流固耦合模型为工作台、油膜和底座之间的流固耦合模型；其中，油膜为油液在工作台与设置于底座中的油垫的接触面形成的油膜。

3.根据权利要求2所述的基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法，其特征在于，工作台由台面、第一周向筋板和第一径向筋板组成；

底座由支撑面、第二周向筋板和第二径向筋板组成；在底座设置有回油槽及油腔，油垫设置于回油槽内；

在所述步骤(S1)中，重型数控立车静压转台的结构参数包括第一周向筋板、第二周向筋板距轴心距离及第一周向筋板、第二周向筋板的厚度和工作台上第一径向筋板的数量；以及油垫距轴心距离、油垫封油边宽度、油腔深度和回油槽高度。

4.根据权利要求1所述的基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法，其特征在于，在所述步骤(S2)中，对重型数控立车静压转台的流固耦合参数化模型进行网格划分时，根据模型构成，将重型数控立车静压转台分成工作台、油膜、油垫、底座四部分，并对各部分分别进行六面体结构化网格划分。

5.根据权利要求1所述的基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法，其特征在于，在所述步骤(S3)中，重型数控立车静压转台的热边界条件包括：

底座底面设置为固定约束、转台与主轴接触面的位移约束、转台自身重力和工件重力、工作台与油膜接触位置压力和底座与油膜接触位置压力。

6.根据权利要求1所述的基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法，其特征在于，在所述步骤(S3)中，由下列公式计算重型数控立车静压转台与环境之间的对流换热系数：

<mrow> <mi>Re</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msup> <mi>&amp;pi;nR</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mi>v</mi> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中：Re为转台表面与空气之间的旋转雷诺数；n为工作台转速；R为工作台表面分割后各部分半径；v为运动粘度；

其中：Nu_上强为工作台表面强制努谢尔系数；Pr为普朗特系数；

其中：h_上强为工作台表面各部分强制对流换热系数；λ为空气热传导系数；

<mrow> <mi>G</mi> <mi>r</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>g</mi> <mi>&amp;beta;</mi> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mn>0.9</mn> <msub> <mi>d</mi> <mi>x</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>3</mn> </msup> </mrow> <msup> <mi>v</mi> <mn>2</mn> </msup> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中：Nu_上自为工作台表面自然努谢尔系数；Gr为格拉晓夫数；h_上自为工作台表面自然对流换热系数；β为流体体膨胀系数；Δt为流体和壁面的温度差，d_x为分割面各部分最大直径，g为重力加速度；

其中，格拉晓夫数与雷诺数的平方的比值若大于0.1而小于10，则认为转台表面对流换热系数为混合对流换热系数：

其中：h_混为转台表面混合对流换热系数；h_强为转台表面强制对流换热系数；h_自为转台表面自然对流换热系数。

7.根据权利要求1所述的基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法，其特征在于，在所述步骤(S4)中，设置油膜与重型数控立车静压转台接触面为耦合面，利用有限元分析软件中的求解器求解运算，对重型立车静压转台及油膜温度场进行分析。

8.根据权利要求7所述的基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法，其特征在于，在所述步骤(S4)中，工作台、底座和油垫的物理性能参数包括密度、比热容、热导率和线膨胀系数；油液和与重型数控立车静压转台接触的空气的物理性能参数包括密度、比热容、热导率和粘度；

耦合面包括固-固耦合面以及固-液耦合面；

其中，固-固耦合面为油垫下表面与底座接触面；

其中，固-液耦合面包括：油膜上表面与工作台下表面接触面，其设置为旋转壁面；油膜与油垫接触面，其设置为静止壁面；油膜与底座接触面，其设置为静止壁面。

9.根据权利要求1所述的基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法，其特征在于，在所述步骤(S4)中，还包括如下边界条件：

入口边界设置为恒压型油垫的压力入口或恒流型油垫的速度入口；

出口边界设置为压力出口；

重型数控立车静压转台与空气接触的表面设置为对流换热，对流换热系数值根据计算取值，并按照实际工作条件设置入口温度和环境温度。

10.根据权利要求1所述的基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法，其特征在于，在所述步骤(S5)中，基于热固耦合分析利用有限元分析软件中的求解器，通过求解计算，得到重型数控立车静压转台的变形场。