置有封油边9。油膜 上表面与转台下表面接触，形成有油膜2。
[0061] 本发明基于热固耦合分析的重型数控立车静压转台结构优化方法，具体包括如下 步骤：
[0062] (1)根据重型数控立车静压转台结构及尺寸要求，在三维建模软件PR0/E或UG中 建立其工作台、油液和底座之间的流固耦合模型，并定义转台结构和油垫各关键尺寸为参 数变量；
[0063] (2)通过PR0/E或UG和有限元软件ANSYS Workbench 14. 5无缝接口，将重型数控 立车静压转台的流固耦合参数化模型导入Workbench前处理软件ICEM CFD中，用参数化的 方式进行网格分网；
[0064] (3)根据重型数控立车静压转台油膜产热机理、热交换类型以及油液热量在转台 和环境之间的传递过程，根据转台结构将工作台表面分割为11部分，并计算重型数控立车 静压转台各部分热边界条件的初始值和转台与环境之间的对流换热系数；
[0065] 其中，由下列公式计算重型数控立车静压转台与环境之间的对流换热系数：
[0066]
(1)
[0067] 其中：Re转台表面与空气之间的旋转雷诺数；n为工作台转速；R为工作台表面分 割后各部分半径；v为运动粘度。
[0068]
(2)
[0069] 其中：Nu±35为工作台表面强制努谢尔系数；Pr为普朗特系数。
[0070]
C3)
[0071] 其中：h±3S为工作台表面各部分强制对流换热系数；A为空气热传导系数。
[0072]
[0074]
(6)
[0075] 其中：Nu±自为工作台表面自然努谢尔系数；Gr为格拉晓夫数；h±e为工作台表面 自然对流换热系数；0为流体体膨胀系数；At为流体和壁面的温度差，(^为分割面各部分 最大直径。由公式（1)至（6)方法可分别计算出工作台外侧自然对流换热系数与强制对流 换热系数以及底座自然对流换热系数。
[0076] 其中，格拉晓夫数与雷诺数的平方的比值若大于0. 1而小于10,则认为转台表面 对流换热系数为混合对流换热系数：
[0077]
(7)
[0078] 其中：hs为转台表面混合对流换热系数；hs为转台表面强制对流换热系数；h自为 转台表面自然对流换热系数。
[0079] (4)根据重型数控立车静压转台的材料设置各部分物理性能参数，如设置工作台 材料为球墨铸铁QT600-3,底座材料为灰铸铁HT250,油垫材料为硬质铝合金2A12,油液材 料设置为L-HL46,根据（3)计算的各部分热边界条件值和转台表面各部分与环境之间的对 流换热系数，确定转台承受的热载荷，设置油膜与转台接触面为耦合面，利用Workbench中 的Fluent求解器求解运算，对重型立车静压转台及油膜温度场进行分析。
[0080] (5)根据重型数控立车静压转台的实际安装情况，以及承受力载荷情况，分别对工 作台和底座固定约束与位移约束以及力载荷，同时将（4)中计算得到的油膜压力及转台温 度作为载荷施加到工作台上，基于热固親合分析利用Workbench中的ANSYSMechanical求 解器，通过求解计算，可得到重型数控立车静压转台的变形场。
[0081] (6)利用ANSYSWorkbench中的优化设计模块中的响应面优化方法，指定转台结 构参数、油垫尺寸参数、油液的物理性能参数为设计变量，定义转台最大热变形量、油膜最 高温升、油膜承载力为优化目标，并设定各变量取值范围，进行优化计算，最终得到优化后 的结构参数及优化目标值。
[0082] 其中，所述的转台结构参数包括第一周向筋板、第二周向筋板距轴心距离及第一 周向筋板、第二周向筋板的厚度和工作台上第一径向筋板的数量。所述油垫尺寸参数包括 油垫距轴心距离（油垫在底座上所处位置）、油垫封油边宽度、油腔深度和回油槽高度。
[0083] 其中，重型数控立车静压转台流固耦合参数化模型网格划分时根据模型构成分成 工作台、油膜、油垫、底座四个部分，并对各部分分别进行六面体结构化网格划分；工作台和 底座在油膜接触位置通过虚面切割方法对网格细化，封油边油膜内梯度变化大至少划分10 层，油垫通过虚面切割分两部分划分，对转台筋板附近网格加密，以提高网格质量。
[0084] 其中，工作台上表面对流换热系数值根据工作台周向筋板结构分区计算。因工作 台半径较大，不同半径处工作台表面线速度相差很大，以致附近空气流态发生改变，根据周 向筋板分布，在半径方向上将工作台上表面分为十一份，分别计算每一份的对流换热系数， 以提高数值分析的准确度。
[0085] 其中，所述重型数控立车静压转台材料属性包括工作台、底座、油垫材料即固体材 料和油液、空气材料即流体材料，所述的耦合面设置包括固-固耦合面以及固-液耦合面， 具体设置如下：
[0086] A、对固体材料，如工作台、底座和油垫需要定义的物理属性包括：密度，比热容，热 导率和线膨胀系数；
[0087] B、对流体材料，如油液和空气需要定义的物理属性包括：密度，比热容，热导率和 粘度；
[0088] C、固-固耦合面是油垫下表面与底座接触面，固-液耦合面包括：油膜上表面与工 作台下表面接触面，其设置为旋转壁面；油膜与油垫接触面，其设置为静止壁面；油膜与底 座接触面，其设置为静止壁面。
[0089] D、其它边界条件设置：恒压型油垫则设置为压力入口，恒流型油垫则设置为速度 入口；出口边界设置为压力出口；与空气接触的表面设置为对流换热，对流换热系数值根 据计算取值，按照实际工作条件设置入口温度和环境温度。
[0090] 其中，重型数控立车静压转台的热边界条件包括底座底面设置为固定约束、转台 与主轴接触面的位移约束、转台自身重力和工件重力、工作台与油膜接触位置压力和底座 与油膜接触位置压力。
[0091] 另外，在步骤（S6)中，油液的物理参数至少包括油液粘度和入口油温。
[0092] 本发明基于流固耦合原理求解转台热-流_固耦合问题，主要针对油液与转台 之间的热交换系数难以确定，将油膜与转台接触面设置为耦合面，利用流固耦合求解方法 中的直接耦合式法同时求解油液和转台的温度场。利用ANSYSWorkbench14. 5平台中的 Fluent求解器，设置壁面边界条件为耦合对流，这样在迭代计算过程中可以不断修正油液 与转台之间的对流换热系数，而不是将其设定为一个固定值。由于是同时求解油液与转台 温度场，而不是先求解油液温度场再将其作为热源计算转台温度场，因而提高了转台温度 场数值分析结果的准确度；
[0093] 另外，以转台热变形量及油膜温度直接作为优化目标，主要针对油膜发热引起的 转台热变形进而影响油膜失效问题。静压转台承载力和刚度是衡量其性能的重要指标， 但是静压转台的热变形和油膜热特性同样对重型机床加工精度有很大影响。利用ANSYS Workbench14. 5平台响应面优化方法，以转台结构参数、油垫尺寸参数和转台工作参数作 为设计变量，转台最大热变形量、油膜最大温升、油膜承载力和刚度作为优化目标，对转台 进行结构优化。
[0094] 本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥 的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组