底座，4为火工品强制解锁机 构，5为锁紧电机，6为锁紧螺母，7为丝杠，8为钢丝绳，9为弹片。
[0066] 本发明设计方法以锁紧装置的锁紧刚度和锁紧阻尼综合最优为优化目标，其设计 流程图如图3所示，具体包括以下步骤：
[0067] (1)设定离散设计变量弹片个数为n=i= 4 ;
[0068] (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；
[0069] (3)利用有限元软件ANSYS建立弹片在锁紧状态的静力学有限元模型，并保存静 力学模型APDL命令流文本文件si.txt，计算并将弹片质量M、最大弯曲应力〇 _和解锁力 fu，输出至静力学文本文件response_sl.txt;
[0070] (4)利用有限元软件ANSYS建立弹片在锁紧状态的动力学有限元模型，并保存动 力学模型APDL命令流文本文件dl.txt，计算并将弹片质量M、锁紧状态一阶共振频率Fu、 锁紧刚度K和锁紧阻尼D，输出至动力学文本文件response_dl.txt;
[0071] (5)利用有限元软件ANSYS建立弹片在解锁状态的动力学有限元模型，并保存动 力学模型APDL命令流文本文件du.txt，计算并将弹片质量M和解锁状态一阶共振频率Ful， 输出至动力学文本文件：response_du.txt;
[0072] (6)将文本文件si.txt、response_sl.txt、dl.txt、response_dl.txt、du.txt和 response_du.txt导入优化集成软件中，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，同时设定约束变量弹片质量M、最大弯曲应力〇max、解锁力fu、锁紧状 态一阶共振频率Fu和解锁状态一阶共振频率Ful的约束范围；
[0073] (7)利用优化算法计算搜索方向和迭代步长，并反复将文本文件si.txt、dl.txt 和du.txt导入ANSYS软件对弹片进行静力学和动力学计算，同时输出其对应的文本文件 response_sl.txt、response_dl.txt和response_du.txt;
[0074] (8)判断优化过程是否收敛；
[0075] (9)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，并转到步骤（3);
[0076] (10)若优化收敛，记录弹片次优锁紧刚度Kimax和次优锁紧阻尼Dimax;
[0077] (11)判断弹片个数n=i是否小于其最大值12 ;
[0078] (12)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；
[0079] (13)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K。和最优锁紧阻尼D。，即完成磁悬 浮飞轮锁紧装置用弹片的设计。
[0080] 本发明的设计方法也可用于大惯量磁悬浮惯性执行机构用各类锁紧装置的设计， 同时，上述实施例中未作详细描述的部分均采用相关的本领域现有技术。
[0081] 本发明的设计方法，与现有的以质量最小为目标的设计方法相比，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。
[0082] 以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范 围为准。
【主权项】
1. 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 ; 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、最大弯曲应力〇 _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Fu、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Ful，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K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、最大弯曲应力〇max、解锁力fu、锁紧状态一阶共振频率F11和解锁状态一阶共振频率 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K。和最优锁紧阻尼D。。2. 根据权利要求1所述的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，所述优化算法为二阶可导优化算法。3. 根据权利要求2所述的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，所述二阶可导优化算法采用序列二次优化算法或遗传算法。4. 根据权利要求1所述的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，所述弹片质量M的约束范围为：M< 0. 4Kg。5. 根据权利要求1所述的磁悬浮飞轮用可重复抱式锁紧装置的设计方法，其特征在 于，所述最大弯曲应力小于等于弹片材料许用应力[〇]的一半。6. 根据权利要求1所述的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，所述解锁力fu的约束范围为：fU=80/sin(2JT/n)。7. 根据权利要求1所述的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：所述锁紧状态一阶共振频率F11的约束范围为：F u多火箭发射最高振动频率2000Hz。8. 根据权利要求1所述的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，所述解锁状态一阶共振频率Ful的约束范围为：FU1> 1. 5倍磁悬浮飞轮转子最高转频 Fu 〇
【专利摘要】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。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN104899400
【申请号】CN201510355363
【发明人】刘强, 陈家庆, 曹建树, 叶郭波, 焦向东, 周天宇, 郭永春
【申请人】北京石油化工学院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月24日