[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

摘要

本发明公开了一种磁悬浮飞轮可重复抱式锁紧装置用弹片的设计方法，包括利用多学科优化软件iSIGHT与有限元软件ANSYS配合对弹片进行优化设计，以锁紧装置的锁紧刚度和锁紧阻尼综合最优为优化目标，以弹片质量M、最大弯曲应力σmax、解锁力fu、锁紧状态一阶共振频率Fl1和解锁状态一阶共振频率Fu1为约束条件，针对离散设计变量采用全域比较法，针对弹片结构连续设计变量采用二阶可导优化算法，对弹片进行结构优化设计。该方法更能体现锁紧装置的保护性能，使锁紧保护效果更加合理，具有准确度高、简单可行等优点，其设计思想可用于各类大惯量磁悬浮转子锁紧装置的设计。

主权项

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σmax和解锁力fu，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Fl1、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Fu1，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σmax、解锁力fu、锁紧状态一阶共振频率Fl1和解锁状态一阶共振频率Fu1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Kimax和次优锁紧阻尼Dimax；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Kimax和次优锁紧阻尼Dimax，并得到弹片全域最优锁紧刚度Ko和最优锁紧阻尼Do。