合。
[0095] 按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述结构设计的前 提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用 的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 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，其特征在于，其包括如 下步骤： (51) 根据重型数控立车静压转台的结构及尺寸要求，在三维建模软件中建立重型数控 立车静压转台的流固耦合模型，并定义重型数控立车静压转台的结构参数为参数变量，得 到重型数控立车静压转台的流固耦合参数化模型； (52) 通过三维建模软件和有限元分析软件无缝接口，将所述步骤（S1)得到的重型数 控立车静压转台的流固耦合参数化模型导入有限元分析软件的前处理软件中，用参数化的 方式进行网格分网； (53) 根据重型数控立车静压转台中油膜的产热机理、热交换类型以及油液热量在重型 数控立车静压转台和环境之间的传递过程，计算重型数控立车静压转台的热边界条件的初 始值和重型数控立车静压转台与环境之间的对流换热系数； (54) 设置重型数控立车静压转台中工作台、底座、油垫和油液及与重型数控立车静压 转台接触的空气的物理性能参数，并根据所述步骤（S3)中得到的重型数控立车静压转台 的热边界条件的初始值和重型数控立车静压转台与环境之间的对流换热系数，对重型立车 静压转台及油膜温度场进行分析，以确定重型数控立车静压转台承受的热载荷及油膜压 力； (55) 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，分析对工作 台和底座固定约束与位移约束以及力载荷，同时将所述步骤（S4)中得到的油膜压力及重 型数控立车静压转台承受的热载荷加到工作台上，计算得到重型数控立车静压转台的变形 场，以得到重型数控立车静压转台的最大热变形量； (56) 利用有限元分析软件中的优化设计模块中的响应面优化方法，指定重型数控立 车静压转台的结构参数、油垫尺寸参数、油液的物理性能参数为设计变量，定义重型数控立 车静压转台的最大热变形量、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，以得到优化后的结构参数及优化目标值。2. 根据权利要求1所述的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， 其特征在于，在所述步骤（S1)中，重型数控立车静压转台的流固耦合模型为工作台、油膜 和底座之间的流固耦合模型；其中，油膜为油液在工作台与设置于底座中的油垫的接触面 形成的油膜。3. 根据权利要求2所述的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， 其特征在于，工作台由台面、第一周向筋板和第一径向筋板组成； 底座由支撑面、第二周向筋板和第二径向筋板组成；在底座设置有回油槽及油腔，油垫 设置于回油槽内； 在所述步骤（S1)中，重型数控立车静压转台的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； 以及油垫距轴心距离、油垫封油边宽度、油腔深度和回油槽高度。4. 根据权利要求1所述的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， 其特征在于，在所述步骤（S2)中，对重型数控立车静压转台的流固耦合参数化模型进行网 格划分时，根据模型构成，将重型数控立车静压转台分成工作台、油膜、油垫、底座四部分， 并对各部分分别进行六面体结构化网格划分。5. 根据权利要求1所述的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， 其特征在于，在所述步骤（S3)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。6. 根据权利要求1所述的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， 其特征在于，在所述步骤（S3)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：(1) 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：(2) 其中：Nu±?为工作台表面强制努谢尔系数；Pr为普朗特系数；(3) 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；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±自为工作台表面自然 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，dx为分割面各部分最大 直径； 其中，格拉晓夫数与雷诺数的平方的比值若大于〇. 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：(7) 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。7. 根据权利要求1所述的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， 其特征在于，在所述步骤（S4)中，设置油膜与重型数控立车静压转台接触面为耦合面，利 用有限元分析软件中的求解器求解运算，对重型立车静压转台及油膜温度场进行分析。8. 根据权利要求7所述的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， 其特征在于，在所述步骤（S4)中，工作台、底座和油垫的物理性能参数包括密度、比热容、 热导率和线膨胀系数；油液和空气的物理性能参数包括密度、比热容、热导率和粘度； 耦合面包括固-固耦合面以及固-液耦合面； 其中，固-固耦合面为油垫下表面与底座接触面； 其中，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。9. 根据权利要求1所述的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， 其特征在于，在所述步骤（S4)中，还包括如下边界条件： 入口边界设置为恒压型油垫的压力入口或恒流型油垫的速度入口； 出口边界设置为压力出口； 重型数控立车静压转台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，并按照实际工作条件设置入口温度和环境温度。10. 根据权利要求1所述的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，其特征在于，在所述步骤（S5)中，基于热固耦合分析利用有限元分析软件中的求解器， 通过求解计算，得到重型数控立车静压转台的变形场。
【专利摘要】本发明公开了一种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，包括：（S1）在三维建模软件中，建立重型数控立车静压转台流固耦合参数化模型；（S2）通过有限元分析软件对重型数控立车静压转台流固耦合参数化模型进行网格划分；（S3）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静压转台与环境之间的对流换热系数；（S4）对重型数控立车静压转台及重型数控立车静压转台中油膜温度场进行分析；（S5）模拟重型数控立车静压转台的实际安装情况以及承受力载荷的情况，得到重型数控立车静压转台的变形场；（S6）利用有限元分析软件对重型数控立车静压转台进行优化计算，最终得到优化后的重型数控立车静压转台结构参数及优化目标值。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105022900
【申请号】CN201510511428
【发明人】黄智 , 衡凤琴, 王立平, 许可, 王正杰, 杜丽, 陈令
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年8月19日