[发明专利]磁悬浮飞轮可重复抱式锁紧装置用弹片的设计方法

权利要求书

1.一种磁悬浮飞轮可重复抱式锁紧装置用弹片的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，设定离散设计变量弹片个数为n＝i＝4，其中n为弹片个数，i为弹片循环中的循环变量；

步骤2，设定连续设计变量弹片高度h、弹片厚度t和弹片宽度w的初始值；

步骤3，采用有限元软件ANSYS作为处理工具，利用设定的弹片个数和弹片高度h、弹片厚度t和弹片宽度w的初始值，分别建立以下弹片相关状态的模型，具体为：

(1)建立弹片在锁紧状态的静力学有限元模型，将该模型APDL命令流保存至锁紧静力学文件，计算出弹片质量M、最大弯曲应力σ_max和解锁力f_u，将计算结果保存至锁紧静力学结果文件；

(2)建立弹片在锁紧状态的动力学有限元模型，将该模型APDL命令流保存至锁紧动力学文件，计算出弹片质量M、锁紧状态一阶共振频率F_l1、锁紧刚度K和锁紧阻尼D，将计算结果保存至锁紧动力学结果文件；

(3)建立弹片在解锁状态的动力学有限元模型，将该模型APDL命令流保存至解锁动力学文件，计算出弹片质量M和解锁状态一阶共振频率F_u1，将计算结果保存至解锁动力学结果文件；

步骤3，将所述锁紧静力学文件、锁紧静力学结果文件、锁紧动力学文件、锁紧动力学结果文件、解锁动力学文件和解锁动力学结果文件导入多学科优化软件iSIGHT中，并设定连续设计变量弹片高度h、弹片厚度t和弹片宽度w的取值范围，以及设定约束变量弹片质量M、最大弯曲应力σ_max、解锁力f_u、锁紧状态一阶共振频率F_l1和解锁状态一阶共振频率F_u1的约束范围；

步骤4，利用多学科优化软件iSIGHT的优化算法计算搜索方向和迭代步长，反复将文本文件锁紧静力学文件、锁紧动力学文件和解锁动力学文件导入有限元软件ANSYS对弹片进行静力学和动力学计算，同时输出与各文件对应的锁紧静力学结果文件、锁紧动力学结果文件和解锁动力学结果文件；

步骤5，判断优化过程是否收敛；

步骤6，若优化不收敛，根据搜索方向和迭代步长，改变连续设计变量弹片高度h、弹片厚度t和弹片宽度w，转到步骤3；

步骤7，若优化收敛，记录弹片次优锁紧刚度K_imax和次优锁紧阻尼D_imax；

步骤8，判断弹片个数n＝i是否小于其最大值12；

步骤9，若弹片个数n＝i小于最大弹片个数12时，弹片个数变为n＝i+1，并将n＝i+1代入步骤2，进入循环计算；

步骤10，若弹片个数n＝i不小于最大弹片个数12时，比较所有的弹片次优锁紧刚度K_imax和次优锁紧阻尼D_imax，并得到弹片全域最优锁紧刚度K_o和最优锁紧阻尼D_o。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮飞轮可重复抱式锁紧装置用弹片的设计方法，其特征在于，所述优化算法为二阶可导优化算法。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮飞轮可重复抱式锁紧装置用弹片的设计方法，其特征在于，所述二阶可导优化算法采用序列二次优化算法或遗传算法。

4.根据权利要求1所述的磁悬浮飞轮可重复抱式锁紧装置用弹片的设计方法，其特征在于，所述弹片质量M的约束范围为：M≤0.4Kg。

5.根据权利要求1所述的磁悬浮飞轮可重复抱式锁紧装置用弹片的设计方法，其特征在于，所述最大弯曲应力σ_max小于等于弹片材料许用应力[σ]的一半，其中[σ]表示的弹片材料许用应力是弹片材料允许承受的最大应力值。

6.根据权利要求1所述的磁悬浮飞轮可重复抱式锁紧装置用弹片的设计方法，其特征在于，所述解锁力f_u的约束条件为：f_u＝80/sin(2π/n)。

7.根据权利要求1所述的磁悬浮飞轮可重复抱式锁紧装置用弹片的设计方法，其特征在于：所述锁紧状态一阶共振频率F_l1的约束范围为：F_l1≥火箭发射最高振动频率2000Hz。

8.根据权利要求1所述的磁悬浮飞轮可重复抱式锁紧装置用弹片的设计方法，其特征在于，所述解锁状态一阶共振频率F_u1的约束范围为：F_u1≥1.5倍磁悬浮飞轮转子最高转频F_ω。