[发明专利]基于有限元分析提取机械结构平面的平面度误差的方法

说明书

技术领域

本发明涉及阀门参数测量技术领域，具体为一种基于有限元分析提取机械结构平面的平面度误差的方法。

背景技术

阀门等机械零件的平面度是该零件的一项主要质量指标，影响着该零件的互换性和质量，进而也影响着整个机械产品的质量。为了保证阀门的质量，保证阀门的互换性，应按设计给出的平面度公差来检测平面度误差。

阀门在复合工况下的强度与刚度分析一直是阀门设计的难点。为判断阀门的密封性能，需要分析阀门在温度、气压、安装外载、振动环境下的应力分布和变形情况对阀座平面的平面度的影响，判断变形后是否满足图纸要求。

平面度误差是一种形位误差，是指实际被测要素对其理想要素的变动量。使用CAD技术建立的阀门模型，其几何要素（如阀座平面）均为理想要素。对于使用CAE技术建立的处于复合工况下的阀门的有限元模型，各几何要素会发生变形：阀座平面的理想平面不再保持在原CAD模型中其理想平面的位置，而会因为其他几何要素的变形有一个转动角度；阀座平面本身也发生变形，实际阀座平面对其理想平面的变动量即为阀座平面的平面度误差。

现行阀门等机械产品平面度的误差检测方法主要存在以下几个问题：1、现有方法主要针对实际机械产品的平面度误差检测，需阀门等机械产品加工制造出来后才能检测获得其平面度误差数据；2、阀门等机械产品装配完毕并处在复合工况下时，使用现有方法已无法对其进行平面度误差检测，即现有方法仅能检测获得加工制造误差对阀门等机械产品平面度的影响，而无法检测获得阀门等机械产品在温度、气压、安装外载、振动环境等复合工况下的变形对其平面度的影响。

随着计算机技术及应用的迅速发展，基于有限元分析的计算机辅助工程（CAE）与计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）等新技术已经直接融入了机械产品的设计、定型和制造过程，成为结构分析和结构优化的重要工具。在使用CAD技术对阀门完成初步设计后，为加快设计开发进程及提高经济性，可使用CAE技术对阀门的有限元模型进行仿真分析，以判断阀门模型在仿真的复合工况下其阀座平面的平面度误差是否满足图纸要求。因此，需要研究基于阀门的有限元模型的变形数据提取出其阀座平面的平面度误差的方法。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于有限元分析提取机械结构平面的平面度误差的方法，以分析阀门在仿真的复合工况下其阀座平面变形对密封性能的影响。

技术方案

本发明首先运用CAD技术建立阀门的三维实体模型，通过有限元软件对其进行复合工况下的仿真分析，测得变形后阀座平面所有节点的坐标；运用空间解析几何知识，结合一定的评定方法，确定阀座平面的评定基面（也即理想平面）的位置，以使阀座平面所有节点到该评定基面的最大变动量为最小；计算出阀座平面每个节点到评定基面的距离，得出高极点和低极点，最后得出平面度误差。

本发明的技术方案为：

所述一种基于有限元分析提取机械结构平面的平面度误差的方法，其特征在于：采用以下步骤：

步骤1：运用CAD方法建立机械结构的三维实体模型；

步骤2：采用有限元软件对步骤1建立的机械结构的三维实体模型进行前处理，建立机械结构在给定工况下的有限元模型，并进行有限元计算，得到变形后的有限元模型；

步骤3：在有限元软件中测量出步骤2中得到的变形后的有限元模型中机械结构平面上所有n个节点的坐标；

步骤4：在有限元软件中绘制变形后的有限元模型中机械结构平面的外轮廓线，在外轮廓线上选择m个节点，测量m个节点的坐标；

步骤5：从步骤4中选出的m个节点中任意选定三个节点，求解出这三个节点确定的平面方程π₁；

步骤6：从步骤3中得到的n个节点中选定一个节点，计算该点到步骤5中得到的平面π₁的距离l₁；