CN112347590B - 一种基于逆向技术的失效零件优化设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于逆向技术的失效零件优化设计方法，属于机械制造领域，所述方法包括逆向采集实物零部件的三维数据，对采集的三维数据进行与完整的部件三维数据进行对比，得到损害部分的三维数据，对部件损害部分的三维数据分析损坏的原因和因素，根据部件损害部分的三维数据损坏的原因和因素进行重新设计出新的整体三维数据，将优化设计的部件再造。通过将部件磨损的最基础的机械动作进行分解，再把分解的机械动作造成的磨损元进行搜索，丰富基础动作，更全面的考虑造成部件磨损的机械动作，可以使得在后续的设计中避免相应的结构或者因素，提高部件的适应性，减少部件磨损的程度，提高寿命，通过设计和原来的部件相比，寿命达到三倍以上。

Description

一种基于逆向技术的失效零件优化设计方法
技术领域
本发明涉及机械制造领域，尤其涉及一种基于逆向技术的失效零件优化设计方法。
背景技术
机械设备中各种零件或构件都具有一定的功能，如传递运动、力或能量，实现规定的动作，保持一定的几何形状等等。当机件在载荷作用下丧失最初规定的功能时，即称为失效，载荷包括机械载荷、热载荷、腐蚀及综合载荷等。机械零件常见的失效有整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏和破坏正常工作条件引起的失效。为了能够对失效的部件进行分析，然后设计出一种性能更好的部件，需要设计一种基于逆向技术的失效零件优化设计方法
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于逆向技术的失效零件优化设计方法，解决背景技术中提到的技术问题。
一种基于逆向技术的失效零件优化设计方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：逆向采集实物零部件的三维数据；
步骤2：对采集的三维数据进行与完整的部件三维数据进行对比，得到损害部分的三维数据；
步骤3：对部件损害部分的三维数据分析损坏的原因和因素；
步骤4：根据部件损害部分的三维数据损坏的原因和因素进行重新设计出新的整体三维数据；
步骤5：把新的整体三维数据放入三维设计软件进行设计的大新的三维模型；
步骤6：把新的三维模型导入有限元分析软件内进行处理求解；
步骤7：对求解后的数据进行二次优化设计，反复步骤3-4的内容；
步骤8：将二次优化设计模型数据重回有限元分析软件进行分析求解；
步骤9：完成优化设计，将优化设计的部件再造。
进一步地，所述步骤1的具体过程为：
对于正在使用的设备零件，出现磨损以致失效后，单独取出失效零件，通过逆向软件进行三维扫描，逆向采集数据，获得该零件的三维数据。
进一步地，所述步骤2的具体过程为:
拿一个与扫描相同型号的部件进行三维扫描获取完整三维数据，或者从设计系统内获取失效部件的完整三维数据，把完整三维数据与失效部件的三维数据进行比较，得到磨损部分的三维数据，比较的过程为，建立三周坐标，对各个坐标点进行做差值比较。
进一步地，所述步骤3的具体过程为：
把磨损部分的三维数据与完整部件三维数据进行对比，找出磨损部位为部件的具体位置，然后从完整部件三维数据中获取部件的机械动作的原理过程，根据损坏位置和机械动作的原理过程分析出损坏的原因和因素，损坏的原因为部件的直接的机械动作使得部件磨损的机械动作，损坏的因素为部件内部制造参量因素和部件运行环境因素。
进一步地，分析损坏的原因的具体过程为，根据机械动作的原理过程获取磨损的机械动作流程，然后对机械动作流程进行分解，得到单个循环机械动作，然后对单个循环机械动作再进行角度或者距离分解，得到机械动作元，然后分析机械动作元造成的磨损元，然后在互联网系统内容搜索相同或者相似的磨损元，汇总得到磨损元体系，再把磨损元体系内的每个磨损元反向推出造成这个的磨损元所对应所有的机械动作元，然后汇总所有的机械动作元得到机械动作元体系，将机械动作元体系重新组合成单个循环机械动作体系，然后通过机械动作的原理过程筛选出不合理的单个循环机械动作，得到合理的单个循环机械动作体系。
进一步地，所述步骤4的具体过程为：
根据合理的单个循环机械动作体系分析损坏的因素，将分析的因素与原有的因素对比进行更新，根据合理的单个循环机械动作体系反构思出新的部件三维数据。
进一步地，所述步骤6的具体过程为：
有限元分析软件使用基于模糊满意度的变权重多目标规划方法进行分析求解，通过改变权重在计算中优先优化远离模糊集的目标。
本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：
本发明通过将部件磨损的最基础的机械动作进行分解，然后再把分解的机械动作造成的磨损元进行搜索，丰富了基础动作，可以更全面的考虑造成部件磨损的机械动作，可以使得在后续的设计中可以避免相应的结构或者因素，可以大大的提高部件的适应性，减少部件磨损的程度，提高寿命，通过设计和原来的部件相比，寿命达到三倍以上。
附图说明
图1为本发明流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
一种基于逆向技术的失效零件优化设计方法，如图1所示，所述方法包括如下步骤：
步骤1：逆向采集实物零部件的三维数据。对于正在使用的设备零件，出现磨损以致失效后，单独取出失效零件，通过逆向软件进行三维扫描，逆向采集数据，获得该零件的三维数据。
步骤2：对采集的三维数据进行与完整的部件三维数据进行对比，得到损害部分的三维数据。拿一个与扫描相同型号的部件进行三维扫描获取完整三维数据，或者从设计系统内获取失效部件的完整三维数据，把完整三维数据与失效部件的三维数据进行比较，得到磨损部分的三维数据，比较的过程为，建立三周坐标，对各个坐标点进行做差值比较。
步骤3：对部件损害部分的三维数据分析损坏的原因和因素。把磨损部分的三维数据与完整部件三维数据进行对比，找出磨损部位为部件的具体位置，然后从完整部件三维数据中获取部件的机械动作的原理过程，根据损坏位置和机械动作的原理过程分析出损坏的原因和因素，损坏的原因为部件的直接的机械动作使得部件磨损的机械动作，损坏的因素为部件内部制造参量因素和部件运行环境因素。
分析损坏的原因的具体过程为，根据机械动作的原理过程获取磨损的机械动作流程，然后对机械动作流程进行分解，得到单个循环机械动作，然后对单个循环机械动作再进行角度或者距离分解，得到机械动作元，然后分析机械动作元造成的磨损元，然后在互联网系统内容搜索相同或者相似的磨损元，汇总得到磨损元体系，再把磨损元体系内的每个磨损元反向推出造成这个的磨损元所对应所有的机械动作元，然后汇总所有的机械动作元得到机械动作元体系，将机械动作元体系重新组合成单个循环机械动作体系，然后通过机械动作的原理过程筛选出不合理的单个循环机械动作，得到合理的单个循环机械动作体系。
步骤4：根据部件损害部分的三维数据损坏的原因和因素进行重新设计出新的整体三维数据。根据合理的单个循环机械动作体系分析损坏的因素，将分析的因素与原有的因素对比进行更新，根据合理的单个循环机械动作体系反构思出新的部件三维数据。
步骤5：把新的整体三维数据放入三维设计软件进行设计的大新的三维模型。
步骤6：把新的三维模型导入有限元分析软件内进行处理求解。有限元分析软件使用基于模糊满意度的变权重多目标规划方法进行分析求解，通过改变权重在计算中优先优化远离模糊集的目标。
步骤7：对求解后的数据进行二次优化设计，反复步骤3-4的内容。
步骤8：将二次优化设计模型数据重回有限元分析软件进行分析求解。
有限元分析软件分析的过程为：根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域，习惯上称为有限元网络划分。显然单元越小(网格越细)则离散域的近似程度越好，计算结果也越精确，但计算量及误差都将增大，因此求解域的离散化是有限元法的核心技术之一。一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示，为适合有限元求解，通常将微分方程化为等价的泛函形式。对单元构造一个适合的近似解，即推导有限单元的列式，其中包括选择合理的单元坐标系，建立单元试函数，以某种方法给出单元各状态变量的离散关系，从而形成单元矩阵(结构力学中称刚度阵或柔度阵)。为保证问题求解的收敛性，单元推导有许多原则要遵循。对工程应用而言，重要的是应注意每一种单元的解题性能与约束。例如，单元形状应以规则为好，畸形时不仅精度低，而且有缺秩的危险，将导致无法求解。将单元总装形成离散域的总矩阵方程(联合方程组)，反映对近似求解域的离散域的要求，即单元函数的连续性要满足一定的连续条件。总装是在相邻单元结点进行，状态变量及其导数(可能的话)连续性建立在结点处。有限元法最终导致联立方程组。联立方程组的求解可用直接法、迭代法和随机法。求解结果是单元结点处状态变量的近似值。对于计算结果的质量，将通过与设计准则提供的允许值比较来评价并确定是否需要重复计算
步骤9：完成优化设计，将优化设计的部件再造。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于逆向技术的失效零件优化设计方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
步骤1：逆向采集实物零部件的三维数据；
步骤2：对采集的三维数据与完整的部件三维数据对比，得到损害部分的三维数据；
步骤3：对部件损害部分的三维数据分析损坏的原因和因素；
步骤4：根据部件损害部分的三维数据损坏的原因和因素重新设计出新的整体三维数据；
步骤5：把新的整体三维数据放入三维设计软件设计全新的三维模型；
步骤6：把新的三维模型导入有限元分析软件内处理求解；
步骤7：对求解后的数据二次优化设计，反复步骤3-4的内容；
步骤8：将二次优化设计模型数据放回有限元分析软件分析求解；
步骤9：完成优化设计，将优化设计的部件再造；
所述步骤1的具体过程为：
对于正在使用的设备零件，出现磨损以致失效后，单独取出失效零件，通过逆向软件三维扫描，逆向采集数据，获得该零件的三维数据；
所述步骤2的具体过程为:
采用相同型号的部件三维扫描获取完整三维数据，或者从设计系统内获取失效部件的完整三维数据，把完整三维数据与失效部件的三维数据比较，得到磨损部分的三维数据，比较的过程为，建立三周坐标，对各个坐标点做差值比较；
所述步骤3 的具体过程为：
把磨损部分的三维数据与完整部件三维数据对比，找出磨损部位为部件的具体位置，从完整部件三维数据中获取部件的机械动作的原理过程，根据损坏位置和机械动作的原理过程分析出损坏的原因和因素，损坏的原因为部件直接的机械动作使得部件磨损，损坏的因素为部件内部制造参量因素和部件运行环境因素；
分析损坏的原因的具体过程为，根据机械动作的原理过程获取磨损的机械动作流程，对机械动作流程分解，得到单个循环机械动作，对单个循环机械动作再角度或者距离分解，得到机械动作元，分析机械动作元造成的磨损元，在互联网系统内容搜索相同或者相似的磨损元，汇总得到磨损元体系，再把磨损元体系内的每个磨损元反向推出造成这个的磨损元所对应所有的机械动作元，汇总所有的机械动作元得到机械动作元体系，将机械动作元体系重新组合成单个循环机械动作体系，通过机械动作的原理过程筛选出不合理的单个循环机械动作，得到合理的单个循环机械动作体系。
2.根据权利要求1所述的一种基于逆向技术的失效零件优化设计方法，其特征在于：所述步骤4的具体过程为：
根据合理的单个循环机械动作体系分析损坏的因素，将分析的因素与原有的因素对比更新，根据合理的单个循环机械动作体系反向构思出新的部件三维数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于逆向技术的失效零件优化设计方法，其特征在于：所述步骤6的具体过程为：
有限元分析软件使用基于模糊满意度的变权重多目标规划方法分析求解，通过改变权重在计算中优先优化远离模糊集的目标。
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Assignee: Beihai Baiwei Electronics Co.,Ltd.

Assignor: BEIHAI VOCATIONAL College

Contract record no.: X2023980045921

Denomination of invention: An Optimization Design Method for Failure Parts Based on Reverse Technology

Granted publication date: 20230602

License type: Common License

Record date: 20231103

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