[发明专利]一种水力式升船机机械同步系统刚强度双相似模拟方法

权利要求书

1.一种水力式升船机机械同步系统刚强度双相似模拟方法，其特征在于，模型同步轴直径采用刚度相似得到，并在所述模型同步轴中间部位开槽口改变直径来满足强度相似的要求，根据等效扭转角将所述槽口改成缓坡状，采用变直径同步轴来避免槽口部位应力集中。

2.根据权利要求1所述的一种水力式升船机机械同步系统刚强度双相似模拟方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤SS1确定同步轴直径，使得原型和模型刚度相似，也即满足：λθ=θθm=λTλLλGλI=λL5ImλGI=1]]>

从而得到同步轴两端直径为：

Dm′=D4-d4λL5GGm+dm44---(6)]]>

其中，θ为同步轴扭转角，G为同步轴原型材料剪切模量，下标m代表模型；

步骤SS2确定同步轴中间控制直径，使得原型和模型强度相似，也即满足：

λτ=ττm=λTλW=λL4WmW=1---(7)]]>

其中，τ为同步轴截面切应力最大值，T为原型同步轴扭矩，W为原型同步轴扭转截面系数，下标m代表模型；

步骤SS3根据步骤SS2得到机械同步轴满足强度相似的中间控制直径换算公式：

Dm3-dm4Dm=1λL4(D3-d4D)---(8)]]>

其中，D为同步轴原型外径，d为同步轴原型内径，λ_L为垂直升船机全整体物理模型几何比尺；式(8)是关于同步轴模型外径D_m的四次方程，且只和原型的几何尺寸有关；若同步轴模型为实心的，则可以达到D_m的显示表达式：Dm=1λL4(D3-d4D)3]]>

步骤SS4根据所述步骤SS1所选的模型的直径在中间的位置挖入凹槽，使得所述模型的同步轴整体的刚度和强度与原型相同，其中凹槽部位的深度为：

Vh=12(Dm′-Dm)=12(D4-d4λL5GGmdm44-Dm)---(9)]]>

其中，D'_m是根据刚度相似得到的外径，D_m是根据强度相似得到的外径；

步骤SS5为避免凹槽处产生的应力集中现象，将所述凹槽改成缓坡斜槽，所述缓坡斜槽的深度和长度根据等效扭转角来确定；所述缓坡斜槽的同步轴根据对称性可以分成三段：两端段、斜坡段、中间段；所述两端段为圆柱型，截面圆的外径由等效扭转角确定；所述斜坡段为过渡的圆台；所述中间段为强度相似控制段，外径由强度相似确定，根据等效扭转角具体方程建立如下：

θ=2θ1+2θ2+θ3=TLmGIm′---(10)]]>

L＝2L₁+2L₂+L₃(11)

θ1=TLm1GIm1=TLm1Gπ32(Dm14-dm4)---(12)]]>

θ2=∫0Lm2(TGπ32[((1-xLm2)Dm1+xLm2Dm)4-dm4]))dx---(13)]]>

θ3=TLm3GIm3=TLm3Gπ32(Dm34-dm4)---(14)]]>

为满足强度相似，D_m3＝D_m(15)

将式(12)-(15)带入式(10)，指定各段长度后可以求得D_m1；

其中：θ₁、θ₂、θ₃分别对应同步轴模型两端段、斜坡段、中间段的扭转角，θ₁、θ₂与θ₃的和等效于模型同截面等长度的扭转角；L₁、L₂、L₃分别对应同步轴模型两端段、斜坡段、中间段的长度；D₁、D₂、D₃分别对应同步轴模型两端段、斜坡段、中间段的外径；d为模型内径；m代表模型。