金屬隔膜貯箱一體化設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一項基于C#和PCL語言的金屬隔膜貯箱設(shè)計方法，應(yīng)用于金屬隔膜貯箱設(shè)計分析領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬隔膜貯箱因為工作原理簡單，流量可調(diào)范圍大等諸多優(yōu)點受到越來越廣泛的應(yīng)用。
[0003]利用有限元方法，對貯箱進(jìn)行合理、精確的力學(xué)特性預(yù)示是設(shè)計分析的重要環(huán)節(jié)，在有限元分析過程中，建立模型等前處理工作往往占據(jù)大部分工作量。因此，建模的效率直接影響分析工作的進(jìn)展。手工建立火箭梁模型過程相對復(fù)雜，工作量大。因此可以選擇采用參數(shù)化方法建模。參數(shù)化建模是將有限元模型中的部分參數(shù)用變量代替，為變量賦新值即可重新自動、快速建模。這樣可以減少工程人員的工作量，提高工作效率。許多大型有限元商業(yè)軟件都提供了參數(shù)化建模工具，例如MSC.Patran的PCL語言。
[0004]目前，金屬隔膜貯箱產(chǎn)品的設(shè)計按照分模塊的工作方式進(jìn)行，金屬隔膜的設(shè)計工作、貯箱主結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作和貯箱有限元仿真分析工作脫節(jié)進(jìn)行，并且生產(chǎn)前各主要結(jié)構(gòu)未進(jìn)行充分的有限元仿真分析，這種工作方式存在以下不足之之處:
[0005](I)產(chǎn)品設(shè)計周期長，工作效率低。
[0006](2)貯箱各主要結(jié)構(gòu)連接處協(xié)調(diào)性差，具體包括金屬隔膜與外殼連接處、外殼與安裝結(jié)構(gòu)連接處。導(dǎo)致產(chǎn)品合格率降低。
[0007](3)貯箱產(chǎn)品參數(shù)設(shè)計更依賴于設(shè)計人員的工程經(jīng)驗，質(zhì)量不能得到有效保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有金屬隔膜貯箱產(chǎn)品設(shè)計周期長，工作效率低、貯箱各主要結(jié)構(gòu)連接處協(xié)調(diào)性差的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種可金屬隔膜貯箱一體化設(shè)計方法。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0010]本發(fā)明所提供的金屬隔膜貯箱一體化設(shè)計方法，其特殊之處在于:包括以下步驟:
[0011]I)方案設(shè)計
[0012]1.1)收集已有的金屬隔膜構(gòu)型、殼體構(gòu)型；
[0013]1.2)根據(jù)系統(tǒng)任務(wù)對貯箱大致定型，按照經(jīng)驗公式計算得出貯箱產(chǎn)品主要結(jié)構(gòu)特征參數(shù)；
[0014]2)隔膜設(shè)計
[0015]2.1)從已有的金屬隔膜構(gòu)型中選擇本次設(shè)計的金屬隔膜構(gòu)型，按照選定金屬隔膜中各組成部分的幾何關(guān)系，得到表示各組成部分的各個結(jié)構(gòu)參數(shù)間約束方程，
[0016]2.2)根據(jù)約束方程提取出結(jié)構(gòu)參數(shù)中的關(guān)鍵驅(qū)動參數(shù)，并根據(jù)關(guān)鍵驅(qū)動參數(shù)確定從動參數(shù)；
[0017]3)金屬隔膜仿真
[0018]3.1)利用步驟2)中確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行金屬隔膜的有限元模型創(chuàng)建，并在有限元模型中添加材料屬性、設(shè)置邊界條件和約束條件形成金屬隔膜模型；
[0019]3.2)對金屬隔膜模型進(jìn)行仿真并返回輸出仿真結(jié)果；
[0020]4)殼體設(shè)計:殼體的設(shè)計分為氣腔型面設(shè)計和液腔型面設(shè)計；
[0021]4.1)氣腔型面設(shè)計
[0022]在金屬隔膜設(shè)計基礎(chǔ)上，從金屬隔膜與氣腔型面的連接處開始進(jìn)行氣腔型面參數(shù)的確定；
[0023]4.2)液腔型面設(shè)計
[0024]在金屬隔膜設(shè)計的基礎(chǔ)上，從金屬隔膜與液腔型面的連接處開始進(jìn)行液腔型面參數(shù)的確定；
[0025]參數(shù)的確定具體為:
[0026]從已有的殼體構(gòu)型中選擇本次設(shè)計的液腔型面構(gòu)型，按照選定的液腔型面構(gòu)型中各組成部分的幾何關(guān)系，得到表示各組成部分的各個結(jié)構(gòu)參數(shù)間約束方程，液腔構(gòu)型采用錐段+橢圓弧設(shè)計，通過分析隔膜最終翻轉(zhuǎn)狀態(tài)，給出底部翻邊切線角度，由此確定貯箱液腔錐段角度，橢圓弧與錐段相切并且與隔膜頂部滿足一定位置關(guān)系，以此為依據(jù)進(jìn)行液腔型面設(shè)計；
[0027]5)在金屬隔膜及殼體設(shè)計的基礎(chǔ)上，確定安裝結(jié)構(gòu)的尺寸和數(shù)量，完成參數(shù)化建模；
[0028]6)貯箱整體仿真
[0029]6.1進(jìn)入貯箱仿真模塊，利用步驟2)、步驟4)及步驟5)中確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行貯箱整體有限元模型創(chuàng)建，并在有限元模型中添加材料屬性、設(shè)置邊界條件和約束條件形成貯箱整體模型；
[0030]6.2)對貯箱整體進(jìn)行靜強(qiáng)度分析，外壓失穩(wěn)分析和動力學(xué)分析，判斷結(jié)果是否合理，若不合理，則需修改參數(shù)進(jìn)行重分析，直到結(jié)果合理；
[OO31 ] 7)進(jìn)行熱防護(hù)設(shè)計分析
[0032]根據(jù)入口燃?xì)鈪?shù)，選擇防熱層材料和布置方案，確定防熱層厚度，完成熱防護(hù)設(shè)計，進(jìn)行靜態(tài)熱防護(hù)仿真分析。
[0033]進(jìn)一步的，在貯箱整體模型創(chuàng)建時，所述外殼建模是在隔膜模型基礎(chǔ)上進(jìn)行的；
[0034]所述屬隔膜與殼體邊界連接處設(shè)置有參數(shù)化單元種子；
[0035]所述安裝結(jié)構(gòu)的建模是在外殼基礎(chǔ)上進(jìn)行的。
[0036]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點是:
[0037]1、本發(fā)明對貯箱進(jìn)行了一體化設(shè)計，有效提高產(chǎn)品的合格率和設(shè)計效率;同時，在本發(fā)明中貯箱的殼體是在隔膜的基礎(chǔ)上設(shè)計的，安裝結(jié)構(gòu)是在殼體和隔膜的基礎(chǔ)上設(shè)計的，保證了各結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)性。在仿真時，外殼建模是在隔膜模型基礎(chǔ)上進(jìn)行，保證了設(shè)計參數(shù)的匹配性;通過對金屬隔膜與殼體邊界連接處設(shè)置參數(shù)化單元種子，保證了有限元模型連接處單元的協(xié)調(diào)一致;同樣，安裝結(jié)構(gòu)的建模是在外殼基礎(chǔ)上進(jìn)行，保證了幾何結(jié)構(gòu)和有限元模型的協(xié)調(diào)性。
[0038]2、本發(fā)明只需提供設(shè)計過程中關(guān)心的驅(qū)動參數(shù)，即可建立隔膜參數(shù)化模型；根據(jù)計算仿真結(jié)果，需要修正結(jié)構(gòu)參數(shù)重新計算時只需修改相應(yīng)參數(shù)，無需重復(fù)進(jìn)行有限元前后處理操作，提高工作效率，縮短設(shè)計周期，降低了研制成本。
[0039]3、集成了優(yōu)化設(shè)計程序，為用戶提供最優(yōu)設(shè)計參數(shù)組合，降低以往對工程經(jīng)驗的過度依賴。
【附圖說明】
[0040]圖1是貯箱設(shè)計工作流程圖。
[0041 ]圖2是金屬隔膜結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]圖3金屬隔膜貯箱結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0043]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明詳細(xì)的設(shè)計過程進(jìn)行介紹。
[0044]1、方案設(shè)計
[0045]1.1)收集已有的金屬隔膜構(gòu)型、殼體構(gòu)型；
[0046]1.2)根據(jù)系統(tǒng)任務(wù)對貯箱大致定型，按照經(jīng)驗公式計算得出貯箱產(chǎn)品主要結(jié)構(gòu)特征參數(shù)；
[0047]2)隔膜設(shè)計
[0048]2.1)從已有的金屬隔膜構(gòu)型中選擇本次設(shè)計的金屬隔膜構(gòu)型，按照選定金屬隔膜中各組成部分的幾何關(guān)系，得到表示各組成部分的各個結(jié)構(gòu)參數(shù)間約束方程，
[0049]2.2))根據(jù)約束方程提取出結(jié)構(gòu)參數(shù)中的關(guān)鍵驅(qū)動參數(shù)，并根據(jù)關(guān)鍵驅(qū)