CN108595769A - 一种基于优化算法的减振器刚度模拟方法 - Google Patents

一种基于优化算法的减振器刚度模拟方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于优化算法的减振器刚度模拟方法。首先，根据实际减振器的几何形状建立相应的物理模型；其次，对建立的模型进行有限元网格的划分；第三，将建立的减振器模型赋予正交各向异性材料属性；第四，对减振器一端施加固定约束，另外一端施加单位载荷，进行有限元的求解，从而得到减振器的各向刚度；最后，以正交各向异性材料的各向弹性模量为设计变量，以有限元模拟得到的减振器各向刚度与实际减振器各向刚度最接近为优化目标，进行优化，从而精确模拟实际减振器的刚度。将优化得到的材料属性赋予减振器有限元，进行整体工程结构的有限元计算，可以得到更精确的解。

Description

一种基于优化算法的减振器刚度模拟方法
技术领域
本发明涉及减振器刚度模拟方法，特别涉及基于优化算法的减振器刚度模拟方法。
背景技术
为提高设备的运行寿命和可靠性，减振器设计已成为力学设计中关注的重点。减振器的设计需要重点考虑其刚度特性。结构在外部力作用下抵抗变形的能力即为刚度，即引起单位位移所需要的外力。
在实际工程应用中，往往是选用现有的减振器型号，能够给出减震器的各向刚度。然而再进行结构的静力分析时，却无法直接建模得到与实际减振器各向刚度相同的有限元减振器模型。基于此，本发明提出基于优化算法的减振器刚度模拟方法，采用正交各向异性材料模拟减振器模型，并通过优化得到与实际减振器各向刚度相同的有限元减振器模型。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提出基于优化算法的减振器刚度模拟方法，采用正交各向异性材料模拟减振器模型，并通过优化得到与实际减振器各向刚度相同的有限元减振器模型，为有限元静力计算中减振器的模拟提供一种可选方法。
本发明采用的技术方案为：一种基于优化算法的减振器刚度模拟方法，其实现步骤如下：
步骤一：根据实际减振器的几何形状建立相应的物理模型；
步骤二：对建立的模型进行有限元网格的划分；
步骤三：将建立的减振器模型赋予正交各向异性材料属性；
步骤四：对减振器一端施加固定约束，另外一端施加单位载荷，进行有限元的求解，从而得到减振器的各向刚度；
步骤五：以正交各向异性材料的各向弹性模量为设计变量，以有限元模拟得到的减振器各向刚度与实际减振器各向刚度最接近为优化目标，进行优化，从而精确模拟实际减振器的刚度；
步骤六：将优化得到的正交各向异性材料的各向弹性模量赋予整体结构，进行整体结构的有限元分析，从而实现整体结构的有限元求解。
进一步的，所述步骤一中根据实际减振器的几何形状建立相应的物理模型。
进一步的，所述步骤二中对建立的模型进行有限元网格的划分。
进一步的，所述步骤三中将建立的减振器模型赋予正交各向异性材料属性。
进一步的，所述步骤四中对减振器一端施加固定约束，另外一端施加单位载荷，进行有限元的求解，从而得到减振器的各向刚度。
进一步的，步骤五中所述步骤五中优化列式为：
其中，E1,E2,E3,v12,v23,v13,G12,G23,G13为减振器正交各向异性材料的材料参数；K'x,K'y,K'z为有限元求解所得的各向刚度；Kx,Ky,Kz为实际减振器的各向刚度。
进一步的，所述步骤六中将优化得到的正交各向异性材料的各向弹性模量赋予整体结构，进行整体结构的有限元分析，从而实现整体结构的有限元求解。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明提出了基于优化算法的减振器刚度模拟方法，采用正交各向异性材料模拟减振器模型，并通过优化得到与实际减振器各向刚度相同的有限元减振器模型，为有限元静力计算中减振器的模拟提供一种可选方法。所提基于优化算法的减振器刚度模拟方法简单，容易实施，运算速度快，节省硬件资源和成本。
附图说明
图1是本发明针对基于优化算法的减振器刚度模拟方法的总体流程图；
图2是本发明中优化实施流程图；
图3是本发明中优化目标的迭代历程图；
图4是本发明中减振器x向刚度的迭代历程图；
图5是本发明中减振器y向刚度的迭代历程图；
图6是本发明中减振器z向刚度的迭代历程图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。
本发明提出了一种基于优化算法的减振器刚度模拟方法，具体步骤如下：
步骤一：根据实际减振器的几何形状建立相应的物理模型。
步骤二：对建立的模型进行有限元网格的划分。
步骤三：将建立的减振器模型赋予正交各向异性材料属性。
步骤四：对减振器一端施加固定约束，另外一端施加单位载荷，进行有限元的求解，从而得到减振器的各向刚度。
步骤五：以正交各向异性材料的各向弹性模量为设计变量，以有限元模拟得到的减振器各向刚度与实际减振器各向刚度最接近为优化目标，进行优化，从而精确模拟实际减振器的刚度。优化列式为：
其中，E1,E2,E3,v12,v23,v13,G12,G23,G13为减振器正交各向异性材料的材料参数；K'x,K'y,K'z为有限元求解所得的各向刚度；Kx,Ky,Kz为实际减振器的各向刚度。
步骤六：将优化得到的正交各向异性材料的各向弹性模量赋予整体结构，进行整体结构的有限元分析，从而实现整体结构的有限元求解。
实施例1：
为了更充分地了解该发明的特点及其对工程实际的适用性，本发明针对某飞机上的液冷源系统减振器的刚度进行模拟。为保证液冷源的稳定性，液冷源上装有4个减振器。然而在进行有限元静力仿真时，必须要准确模拟出减振器的刚度。已知减振器的各向刚度为Kx＝22N/mm,Ky＝22N/mm,Kz＝88N/mm。采用优化方法对减振器刚度进行模拟，优化列示为：
其中，E1,E2,E3,v12,v23,v13,G12,G23,G13为减振器正交各向异性材料的材料参数；K'x,K'y,K'z为有限元求解所得的各向刚度。
采用有限元网格划分软件ANSA对减振器划分网格，导入有限元前处理软件Patran中，将其赋予正交各向异性材料属性。施加载荷和边界条件，一端固支，另一端施加单位载荷。采用有限元求解软件Nastran进行有限元求解从而得到减振器的各向刚度。最后，采用优化软件iSIGHT搭建如图2所示平台，进行优化，图中采用Patran软件进行有限元前处理和弹性参数修改，采用Nastran软件进行减振器位移计算，使用Patran软件提取位移；采用Matlab软件计算减振器刚度。
在建立的优化平台上进行优化，目标函数迭代曲线如图3所示。各向材料参数优化结果为：
E1＝1.37MPa,E2＝5.00MPa,E3＝14.14MPa,
G12＝1050.28MPa,G23＝1083.70MPa,G13＝75.73MPa,
v12＝0.388,v23＝0.353,v13＝0.175
x向，y向和z向刚度优化迭代曲线分别如图4，图5，图6所示，基本接近真实值。
综上所述，本发明提出了一种基于优化算法的减振器刚度模拟方法。首先，根据实际减振器的几何形状建立相应的物理模型；其次，对建立的模型进行有限元网格的划分；第三，将建立的减振器模型赋予正交各向异性材料属性；第四，对减振器一端施加固定约束，另外一端施加单位载荷，进行有限元的求解，从而得到减振器的各向刚度；最后，以正交各向异性材料的各向弹性模量为设计变量，以有限元模拟得到的减振器各向刚度与实际减振器各向刚度最接近为优化目标，进行优化，从而精确模拟实际减振器的刚度。
以上仅是本发明的具体步骤，对本发明的保护范围不构成任何限制；凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种基于优化算法的减振器刚度模拟方法，其特征在于，实现步骤如下：
步骤一：根据实际减振器的几何形状建立相应的物理模型；
步骤二：对建立的模型进行有限元网格的划分；
步骤三：将建立的减振器模型赋予正交各向异性材料属性；
步骤四：对减振器一端施加固定约束，另外一端施加单位载荷，进行有限元的求解，从而得到减振器的各向刚度；
步骤五：以正交各向异性材料的各向弹性模量为设计变量，以有限元模拟得到的减振器各向刚度与实际减振器各向刚度最接近为优化目标，进行优化，从而精确模拟实际减振器的刚度；
步骤六：将优化得到的正交各向异性材料的各向弹性模量赋予整体结构，进行整体结构的有限元分析，从而实现整体结构的有限元求解。
2.根据权利要求1所述的一种基于优化算法的减振器刚度模拟方法，其特征在于：所述步骤一中根据实际减振器的几何形状建立相应的物理模型。
3.根据权利要求1所述的一种基于优化算法的减振器刚度模拟方法，其特征在于：所述步骤二中对建立的模型进行有限元网格的划分。
4.根据权利要求1所述的一种基于优化算法的减振器刚度模拟方法，其特征在于：所述步骤三中将建立的减振器模型赋予正交各向异性材料属性。
5.根据权利要求1所述的一种基于优化算法的减振器刚度模拟方法，其特征在于：所述步骤四中对减振器一端施加固定约束，另外一端施加单位载荷，进行有限元的求解，从而得到减振器的各向刚度。
6.根据权利要求1所述的一种基于优化算法的减振器刚度模拟方法，其特征在于：所述步骤五中优化列式为：
其中，E1,E2,E3,v12,v23,v13,G12,G23,G13为减振器正交各向异性材料的材料参数；K'x,K'y,K'z为有限元求解所得的各向刚度；Kx,Ky,Kz为实际减振器的各向刚度。
7.根据权利要求1所述的一种基于优化算法的减振器刚度模拟方法，其特征在于：所述步骤六中将优化得到的正交各向异性材料的各向弹性模量赋予整体结构，进行整体结构的有限元分析，从而实现整体结构的有限元求解。
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