一种基于最小轮廓变化的两参量异型螺栓孔稳健设计方法与流程

技术特征：

1.一种基于最小轮廓变化的两参量异型螺栓孔稳健设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.根据任务给定目标值、主圆弧半径、过渡圆弧半径以应力下降目标、异型孔主圆弧尺寸变化目标以及过渡圆弧尺寸变化目标建立异型孔多目标优化模型；

步骤2.根据主圆弧半径上界、过渡圆弧半径下界确定步骤1中的异型孔多目标优化模型的尺寸约束；

步骤3.引用加权系数，将异型孔多目标优化模型转化为异型孔单一综合目标优化模型；

步骤4.根据定轮廓变化值和允许的误差对异型孔单一综合目标优化模型进行优化，获得异型孔各设计变量，完成异型孔的设计。

2.根据权利要求1所述的基于最小轮廓变化的两参量异型螺栓孔稳健设计方法，其特征在于：所述步骤1中异型孔多目标优化模型建立方法包括以下步骤：

步骤11，根据任务给定目标值、主圆弧半径、过渡圆弧半径建立无量纲应力下降幅目标函数；

步骤12，根据原螺栓通孔半径、主圆弧半径建立主圆弧半径无量纲异型孔轮廓控制目标函数；

步骤13，根据原螺栓通孔半径、过渡圆弧半径建立过渡圆弧半径无量纲异型孔轮廓控制目标函数；

步骤14，根据步骤11建立的无量纲应力下降幅目标函数、步骤12建立的主圆弧半径无量纲异型孔轮廓控制目标函数、步骤13建立的过渡圆弧半径无量纲异型孔轮廓控制目标函数建立异型孔多目标优化模型。

3.根据权利要求2所述的基于最小轮廓变化的两参量异型螺栓孔稳健设计方法，其特征在于：

所述步骤11中无量纲应力下降幅目标函数的表达式如下：

$f_1\left({\mathrm{\σ}}_{max}\right)=min\left\{\frac{|{\mathrm{\σ}}_{max}-{\mathrm{\σ}}_o|}{{\mathrm{\σ}}_o}\right\};$

f₁(σ_max)为无量纲应力下降幅目标函数，σ_max为孔边最大主应力，

σ_max＝σ_max(R₁,R₂)，R₁为主圆弧半径，R₂为过渡圆弧半径，σ_o表示任务给定目标值；

所述步骤12中主圆弧半径无量纲异型孔轮廓控制目标函数的表达式如下：

$f_2\left(R_1\right)=min\frac{|R_1-R*|}{R*};$

其中，f₂(R₁)主圆弧半径无量纲异型孔轮廓控制目标函数，R₁为主圆弧半径，R*表示原螺栓通孔半径；

所述步骤13中过渡圆弧半径无量纲异型孔轮廓控制目标函数的表达式如下：

$f_3\left(R_2\right)=min\frac{|R*-R_2|}{R*};$

其中，f₃(R₂)为过渡圆弧半径无量纲异型孔轮廓控制目标函数，R₂为过渡圆弧半径，R*表示原螺栓通孔半径；

所述步骤14中异型孔多目标优化模型的表达式如下：

minf{y₁＝f₁(σ_max),y₂＝f₂(R₁),y₃＝f₃(R₂)}。

4.根据权利要求1所述的基于最小轮廓变化的两参量异型螺栓孔稳健设计方法，其特征在于：所述步骤2中建立的尺寸约束为：

$\begin{array}{cc}s.t.& \left\{\begin{array}{c}R*\<R_1\<R_{1max}\\ R_{2min}\<R_2\<R*\end{array}\right.\end{array}$

其中，R_1max为主圆弧半径上界，R_2min为过渡圆弧半径下界，R₁为主圆弧半径，

R₂为过渡圆弧半径，R*表示原螺栓通孔半径。

5.根据权利要求1所述的基于最小轮廓变化的两参量异型螺栓孔稳健设计方法，其特征在于：所述步骤3中的异型孔单一综合目标优化模型为：

f(f₁,f₂,f₃)＝k₁·f₁(σ_max)+k₂·f₂(R₁)+k₃·f₃(R₂)；

其中，k₁为量纲应力下降幅目标函数的加权系数，f₁(σ_max)为无量纲应力下降幅目标函数，k₂为主圆弧半径无量纲异型孔轮廓控制目标函数的加权系数，f₂(R₁)主圆弧半径无量纲异型孔轮廓控制目标函数，k₃为过渡圆弧半径无量纲异型孔轮廓控制目标函数的加权系数，f₃(R₂)为过渡圆弧半径无量纲异型孔轮廓控制目标函数。

6.根据权利要求4所述的基于最小轮廓变化的两参量异型螺栓孔稳健设计方法，其特征在于：所述步骤3中加权系数的确定方法如下：

量纲应力下降幅目标函数的加权系数k₁、主圆弧半径无量纲异型孔轮廓控制目标函数的加权系数k₂、过渡圆弧半径无量纲异型孔轮廓控制目标函数的加权系数k₃随R₁主圆弧半径的取值范围以及σ_o应力目标值的不同而动态变化，其中：主圆弧半径R₁和过渡圆弧半径R₂取值范围变化时，对孔边应力的影响不同；

R_1max变化时：

k₂＝0.008～0.012

k₂和k₃之间满足：

k₃＝g₁(k₂,R_1max)＝(1.25～2.1)·k₂·R_1max

k₁与k₂，k₃之间满足：

$k_1=g_2(k_2,k_3,{\mathrm{\σ}}_0)=\frac{{\mathrm{\σ}}_0}{({\mathrm{\σ}}_{1r}-{\mathrm{\σ}}_0)}\·\[k_2\·f_2\left(R_1\right)+k_3\·f_3\left(R_2\right)\].$

其中，σ_1r为原圆形螺栓通孔孔边最大主应力值。

7.根据权利要求1所述的基于最小轮廓变化的两参量异型螺栓孔稳健设计方法，其特征在于：所述步骤4中对异型孔单一综合目标优化模型进行优化时，只有在优化后的异型孔孔边应力达到既定要求，即|σ_max-σ_o|≤ε，ε为允许误差；且异型螺栓孔与原螺栓圆形通孔相比，轮廓变化小于给定轮廓变化值时，设计参数或变量才是满足要求的优化值。