[发明专利]基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法

权利要求书

1.基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法，其特征在于，其包括如下步骤：

(S1)根据重型数控立车静压转台的结构及尺寸要求，在三维建模软件中建立重型数控立车静压转台的流固耦合模型，并定义重型数控立车静压转台的结构参数为参数变量，得到重型数控立车静压转台的流固耦合参数化模型；

(S2)通过三维建模软件和有限元分析软件无缝接口，将所述步骤(S1)得到的重型数控立车静压转台的流固耦合参数化模型导入有限元分析软件的前处理软件中，用参数化的方式进行网格分网；

(S3)根据重型数控立车静压转台中油膜的产热机理、热交换类型以及油液热量在重型数控立车静压转台和环境之间的传递过程，计算重型数控立车静压转台的热边界条件的初始值和重型数控立车静压转台与环境之间的对流换热系数；

(S4)设置重型数控立车静压转台中工作台、底座、油垫和油液及与重型数控立车静压转台接触的空气的物理性能参数，并根据所述步骤(S3)中得到的重型数控立车静压转台的热边界条件的初始值和重型数控立车静压转台与环境之间的对流换热系数，对重型立车静压转台及油膜温度场进行分析，以确定重型数控立车静压转台承受的热载荷及油膜压力；

(S5)根据重型数控立车静压转台的实际安装情况以及承受力载荷情况，分析对工作台和底座固定约束与位移约束以及力载荷，同时将所述步骤(S4)中得到的油膜压力及重型数控立车静压转台承受的热载荷加到工作台上，计算得到重型数控立车静压转台的变形场，以得到重型数控立车静压转台的最大热变形量；

(S6)利用有限元分析软件中的优化设计模块中的响应面优化方法，指定重型数控立车静压转台的结构参数、油垫尺寸参数、油液的物理性能参数为设计变量，定义重型数控立车静压转台的最大热变形量、油膜最高温升、油膜承载力为优化目标，并设定各变量取值范围，进行优化计算，以得到优化后的结构参数及优化目标值。

2.根据权利要求1所述的基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法，其特征在于，在所述步骤(S1)中，重型数控立车静压转台的流固耦合模型为工作台、油膜和底座之间的流固耦合模型；其中，油膜为油液在工作台与设置于底座中的油垫的接触面形成的油膜。

3.根据权利要求2所述的基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法，其特征在于，工作台由台面、第一周向筋板和第一径向筋板组成；

底座由支撑面、第二周向筋板和第二径向筋板组成；在底座设置有回油槽及油腔，油垫设置于回油槽内；

在所述步骤(S1)中，重型数控立车静压转台的结构参数包括第一周向筋板、第二周向筋板距轴心距离及第一周向筋板、第二周向筋板的厚度和工作台上第一径向筋板的数量；以及油垫距轴心距离、油垫封油边宽度、油腔深度和回油槽高度。

4.根据权利要求1所述的基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法，其特征在于，在所述步骤(S2)中，对重型数控立车静压转台的流固耦合参数化模型进行网格划分时，根据模型构成，将重型数控立车静压转台分成工作台、油膜、油垫、底座四部分，并对各部分分别进行六面体结构化网格划分。

5.根据权利要求1所述的基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法，其特征在于，在所述步骤(S3)中，重型数控立车静压转台的热边界条件包括：

底座底面设置为固定约束、转台与主轴接触面的位移约束、转台自身重力和工件重力、工作台与油膜接触位置压力和底座与油膜接触位置压力。