本公开涉及强度分析
技术领域：
，尤其涉及一种基于灵敏度分析的牵制杆中u形卡爪的优化设计方法。
背景技术：
：近年来，我国航母舰载机发展迅猛，舰载机在航母上起飞时广泛采用弹射起飞方式。在舰载机弹射起飞时，起落架弹射装置的牵制杆起着至关重要的作用。其中，牵制杆中的u形卡爪是牵制杆的关键结构。现有技术中，u形卡爪的各个尺寸的最优值不确定，加工时存在一定的随机性，且u形卡爪的强度较低。所述
背景技术：
部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。技术实现要素：本公开的目的在于提供一种基于灵敏度分析的牵制杆中u形卡爪的优化设计方法，能够确定出u形卡爪中各部位的最优尺寸，从而能够提高u形卡爪的强度。为实现上述发明目的，本公开采用如下技术方案：根据本公开的一个方面，提供一种基于灵敏度分析的牵制杆中u形卡爪的优化设计方法，包括：以所述u形卡爪各部位的尺寸为随机输入变量，以通过各所述部位的尺寸计算出的最大应力为随机输出变量，基于蒙特卡罗法计算所述随机输入变量对所述随机输出变量的灵敏度；根据所述灵敏度确定各所述部位中的待优化部位；限定所述待优化的部位的尺寸范围，选取所述尺寸范围内的数值，计算与各所述数值对应的最大应力，并确定与各所述数值对应的最大应力中的最小值。在本公开的一种示例性实施例中，各个所述随机输入变量均服从正态分布。在本公开的一种示例性实施例中，通过各所述部位的尺寸计算出最大应力，包括：根据所述u形卡爪的各个部位的初始尺寸，建立所述u形卡爪的三维模型；根据所述三维模型建立有限元模型，并定义所述有限元模型的边界条件，以计算所述u形卡爪的最大应力。在本公开的一种示例性实施例中，根据所述三维模型建立有限元模型，包括：添加所述三维模型的材料属性；选择所述三维模型的网格种类，对所述三维模型进行网格划分，以建立所述有限元模型；在本公开的一种示例性实施例中，定义所述有限元模型的边界条件，包括：对所述有限元模型施加约束；定义所述有限元模型的载荷。在本公开的一种示例性实施例中，所述载荷包括多个大小不同的牵引力；所述计算所述u形卡爪的最大应力，包括：结合各所述部位的初始尺寸，对应地计算出不同所述牵引力下所述u形卡爪的应力极值；比较各所述应力极值，确定所述u形卡爪的最大应力。在本公开的一种示例性实施例中，所述u形卡爪能够与所述牵制杆的牵制端头卡接，且在对所述u形卡爪施加的牵引力达到预设值时，所述u形卡爪能够与所述牵制端头脱离。在本公开的一种示例性实施例中，根据三维模型建立有限元模型，还包括：定义所述卡爪和所述牵制头的接触类型。在本公开的一种示例性实施例中，所述u形卡爪为弹性件。本公开提供的基于灵敏度分析的牵制杆中u形卡爪的优化设计方法，在设计u形卡爪时，通过计算u形卡爪中各部位的尺寸对u形卡爪最大应力的灵敏度确定出待优化部位，在待优化部位的尺寸范围内选取不同数值并确定与各数值对应的最大应力，通过比较各个最大应力即可确定出最大应力的最小值，其中，与最小值相应的数值即为各个待优化部位的最优尺寸。该优化设计方法能够明确u形卡爪的尺寸参数的最优值，且能提高u形卡爪的强度。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本公开实施方式u形卡爪的优化设计方法的流程图。图2为本公开实施方式u形卡爪的示意图。图3为本公开实施方式u形卡爪平面参数的示意图。图4为本公开实施方式u形卡爪网格划分的示意图。图5为本公开实施方式u形卡爪边界条件的示意图。图6为本公开实施方式u形卡爪的位移载荷为10mm对应的应力等值线图及最大应力位置放大图。图7为本公开实施方式u形卡爪各个参数对最大应力的灵敏度示意图。图中：1、u形卡爪；2、牵制端头。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。用语“一个”、“一”、“该”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。本公开提供一种基于灵敏度分析的牵制杆中u形卡爪的优化设计方法，如图1所示，该优化设计方法可以包括以下步骤：步骤s110，以u形卡爪中各部位的尺寸为随机输入变量，以通过各部位的尺寸计算出的最大应力为随机输出变量，基于蒙特卡罗法计算随机输入变量对随机输出变量的灵敏度；步骤s120，根据灵敏度确定各部位中的待优化部位；步骤s130，限定待优化的部位的尺寸范围，选取尺寸范围内的数值，计算与各数值对应的最大应力，并确定与各数值对应的最大应力中的最小值。本公开提供的基于灵敏度分析的牵制杆中u形卡爪的优化设计方法，在设计u形卡爪1时，通过计算u形卡爪1中各部位的尺寸对u形卡爪1最大应力的灵敏度确定出待优化部位，在待优化部位的尺寸范围内选取不同数值并确定与各数值对应的最大应力，通过比较各个最大应力即可确定最大应力的最小值，其中，与最小值相应的数值即为各个待优化部位的最优尺寸。该优化设计方法能够明确u形卡爪1的尺寸参数的最优值，且能提高u形卡爪1的强度。下面结合附图对本公开实施方式提供的u形卡爪的优化设计方法进行详细说明：在步骤s110中，以u形卡爪中各部位的尺寸为随机输入变量，以通过各部位的尺寸计算出的最大应力为随机输出变量，基于蒙特卡罗法计算随机输入变量对随机输出变量的灵敏度。该u形卡爪1可以是单个零件或由多个零件组装成的装配体，装配体中各个零件的装配关系在此不作特殊限定。同样，u形卡爪1中各部位的尺寸也不作特殊限定。举例而言，该u形卡爪1可以是舰载机起落架弹射装置中牵制杆中卡接件，且u形卡爪1和牵制杆的牵制端头2卡接，如图2所示，在u形卡爪1受到的牵引力达到预设值时，u形卡爪1和牵制端头2脱离，进而为舰载机滑跑提供助推力。因为u形卡爪1和牵制端头2会脱离，所以u形卡爪1为弹性件。本公开提供的基于灵敏度分析的牵制杆中u形卡爪的优化设计方法，首先要基于u形卡爪1中各部位的尺寸对u形卡爪1进行应力计算，以确定u形卡爪1的最大应力，并确定出该最大应力在u形卡爪上1的具体部位。为了计算u形卡爪1中各部位的尺寸对最大应力的灵敏度，将各部位的尺寸定义为随机输入变量，将最大应力定义为随机输出变量。随机输入变量可服从正态分布或是矩形分布等，此处不作特殊限定。随机输入变量的抽样次数在此处不作特殊限定，易于理解的是，抽样次数越多，灵敏度的精度也就越高。基于蒙特卡罗法可计算出随机输入变量对随机输出变量的灵敏度，并确定出各个灵敏度的大小。由于u形卡爪1和牵制端头2都为轴对称结构，可取二者的一半进行分析，如图3所示，图3中各个参数的含义如表1所示，此处不再详细描述。表1定义u形卡爪1中各部位的尺寸，即：定义u形卡爪1各个参数的数值，并通过各个数值计算出u形卡爪1的最大应力。举例而言，u形卡爪1中各个参数的数值可如表2所示：表2参数数值r017mmr15mmd15mmd20.5mmh100mma30mmθ160°θ25°b14mm通过表2中的数值可计算出u形卡爪1的最大应力为899mpa。基于蒙特卡罗法计算u形卡爪1的各个参数对最大应力的灵敏度，各个随机输入变量及其分布如表3所示：表3表3中各个随机输入变量均可服从正态分布，各个随机输入变量的均值等于各个参数的数值，各个随机输入变量的标准差可自行设定，但标准差值越大，随机输出变量的误差值越大。因此，需要选择大小合适的标准差，此处不再详细描述。基于蒙特卡罗法可计算出各个随机输入变量对随机输出变量的灵敏度，计算结果如图7所示。其中，头部宽度b、加持高度h、u形卡爪1与牵制端头2的安装间隙d2对u形卡爪1的结构强度的灵敏度较大，即对u形卡爪1的结构强度有明显影响，其余参数的对u形卡爪1的结构强度的灵敏度较小，可忽略不计。本公开实施方式中，通过各部位的尺寸计算出的最大应力，可包括以下步骤：步骤s1101，根据u形卡爪的各个部位的初始尺寸，建立u形卡爪的三维模型；步骤s1102，根据三维模型建立有限元模型，并定义有限元模型的边界条件，以计算u形卡爪的最大应力。以表2内的参数值为u形卡爪1中各部位的初始尺寸，建立u形卡爪1的三维模型，此处不再详细描述。在本公开实施方式中，根据三维模型建立有限元模型可包括以下步骤：步骤s11021，添加三维模型的材料属性；步骤s11022，选择三维模型的网格种类，对三维模型进行网格划分，以建立有限元模型。如果u形卡爪1的材质为常用材料，可直接在有限元分析软件中的材料库中选取；如果u形卡爪1的材质为不常用的材料，可自行设置材料的密度、泊松比和弹性模量，此处不再详细描述。举例而言，可定义u形卡爪1的材料可以为300m钢。网格划分的好坏直接影响到解算的精度和速度，可根据u形卡爪1的尺寸特征对u形卡爪1的三维模型进行网格划分，此处不再详细描述。考虑到拉伸u形卡爪受拉时，卡爪与牵制端头2发生接触摩擦，所以将u形卡爪1和牵制端头2的接触区域进行细化，其余部分的网格相对稀疏，网格划分结果如图4所示。需要注意的是，在建立u形卡爪1的有限元模型时，还需定义u形卡爪1和牵制端头2的接触类型和接触参数，此处不再详细描述。在本公开实施方式中，定义有限元模型的边界条件可包括以下步骤：步骤s11023，对u形卡爪的有限元模型施加约束；步骤s11024，定义有限元模型的载荷。根据u形卡爪1工作情况对u形卡爪1和牵制端头2进行约束，如图5所示。因为u形卡爪1在工作中所受的载荷主要是弹射拖索施加的牵引力，当牵引力达到预设值时，u形卡爪1张开并与牵制端头2脱离。因此，可用u形卡爪1张开的程度，即u形卡爪1的位移载荷表征牵引力。当对u形卡爪1施加的位移载荷为10mm时，得到u形卡爪1对应的应力极值为516mpa，如图6所示；逐渐增大u形卡爪1的位移载荷，u形卡爪1的应力极值增大后又逐渐减小，如表4所示，进而可确定出u形卡爪1的最大应力为899mpa。表4位移载荷最大应力10mm516mpa19mm899mpa40mm462mpa在步骤s120中，根据灵敏度确定各部位中的待优化部位。u形卡爪1各个随机参数对最大应力的灵敏度如图7所示，头部宽度b、加持高度h、u形卡爪1与牵制端头2的安装间隙d2对u形卡爪1的结构强度有明显影响，其中头部宽度b对结构强度的影响最大；其余参数对u形卡爪1的结构强度影响很小，可忽略不计。需要注意的是，各个灵敏度的大小是相对而言。如果某个灵敏度的绝对值远远小于另外几个灵敏度的绝对值，则绝对值较小的灵敏度可忽略不计。举例而言，如果u形卡爪的多个部位所对应的灵敏度分别为0.9、-0.3和0.05，则可省略0.05，并将0.9和-0.3对应的部位确定为待优化部位；如果多个灵敏度分别为0.09、0.05和-0.03，则0.05所对应的部位也为待优化部位。在步骤s130中，限定待优化的部位的尺寸范围，选取尺寸范围内的数值，计算与各数值对应的最大应力，并确定与各数值对应的最大应力中的最小值。可结合u形卡爪1的使用场景，限定三个变量的取值范围，13mm≤b≤15mm,90mm≤h≤110mm,0.1mm≤d2≤1mm。在三个变量的取值范围选取数值，并重复骤s1101和s1102，可计算出与三个变量对应的u形卡爪1的多个最大应力，比较各个最大应力，以确定出最大应力的最小值。该最小值对应的三个变量的数值即为待优化尺寸的最优值，如表5所示。表5本公开示例实施方式还提供一种牵制杆中u形卡爪的制造方法，包括上述基于灵敏度分析的牵制杆中u形卡爪的优化设计方法。在u形卡爪的制造方法中，首先根据u形卡爪的优化设计方法中的最大应力的最小值确定出u形卡爪各个待优化部位的最优尺寸；再根据各个最优尺寸制造u形卡爪。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本
技术领域：
中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。当前第1页12