金属隔膜贮箱一体化设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一项基于C#和PCL语言的金属隔膜贮箱设计方法，应用于金属隔膜贮箱设计分析领域。
【背景技术】
[0002]金属隔膜贮箱因为工作原理简单，流量可调范围大等诸多优点受到越来越广泛的应用。
[0003]利用有限元方法，对贮箱进行合理、精确的力学特性预示是设计分析的重要环节，在有限元分析过程中，建立模型等前处理工作往往占据大部分工作量。因此，建模的效率直接影响分析工作的进展。手工建立火箭梁模型过程相对复杂，工作量大。因此可以选择采用参数化方法建模。参数化建模是将有限元模型中的部分参数用变量代替，为变量赋新值即可重新自动、快速建模。这样可以减少工程人员的工作量，提高工作效率。许多大型有限元商业软件都提供了参数化建模工具，例如MSC.Patran的PCL语言。
[0004]目前，金属隔膜贮箱产品的设计按照分模块的工作方式进行，金属隔膜的设计工作、贮箱主结构的设计工作和贮箱有限元仿真分析工作脱节进行，并且生产前各主要结构未进行充分的有限元仿真分析，这种工作方式存在以下不足之之处:
[0005](I)产品设计周期长，工作效率低。
[0006](2)贮箱各主要结构连接处协调性差，具体包括金属隔膜与外壳连接处、外壳与安装结构连接处。导致产品合格率降低。
[0007](3)贮箱产品参数设计更依赖于设计人员的工程经验，质量不能得到有效保证。
【发明内容】
[0008]针对现有金属隔膜贮箱产品设计周期长，工作效率低、贮箱各主要结构连接处协调性差的技术问题，本发明提出了一种可金属隔膜贮箱一体化设计方法。
[0009]本发明的技术解决方案是:
[0010]本发明所提供的金属隔膜贮箱一体化设计方法，其特殊之处在于:包括以下步骤:
[0011]I)方案设计
[0012]1.1)收集已有的金属隔膜构型、壳体构型；
[0013]1.2)根据系统任务对贮箱大致定型，按照经验公式计算得出贮箱产品主要结构特征参数；
[0014]2)隔膜设计
[0015]2.1)从已有的金属隔膜构型中选择本次设计的金属隔膜构型，按照选定金属隔膜中各组成部分的几何关系，得到表示各组成部分的各个结构参数间约束方程，
[0016]2.2)根据约束方程提取出结构参数中的关键驱动参数，并根据关键驱动参数确定从动参数；
[0017]3)金属隔膜仿真
[0018]3.1)利用步骤2)中确定的结构参数进行金属隔膜的有限元模型创建，并在有限元模型中添加材料属性、设置边界条件和约束条件形成金属隔膜模型；
[0019]3.2)对金属隔膜模型进行仿真并返回输出仿真结果；
[0020]4)壳体设计:壳体的设计分为气腔型面设计和液腔型面设计；
[0021]4.1)气腔型面设计
[0022]在金属隔膜设计基础上，从金属隔膜与气腔型面的连接处开始进行气腔型面参数的确定；
[0023]4.2)液腔型面设计
[0024]在金属隔膜设计的基础上，从金属隔膜与液腔型面的连接处开始进行液腔型面参数的确定；
[0025]参数的确定具体为:
[0026]从已有的壳体构型中选择本次设计的液腔型面构型，按照选定的液腔型面构型中各组成部分的几何关系，得到表示各组成部分的各个结构参数间约束方程，液腔构型采用锥段+椭圆弧设计，通过分析隔膜最终翻转状态，给出底部翻边切线角度，由此确定贮箱液腔锥段角度，椭圆弧与锥段相切并且与隔膜顶部满足一定位置关系，以此为依据进行液腔型面设计；
[0027]5)在金属隔膜及壳体设计的基础上，确定安装结构的尺寸和数量，完成参数化建模；
[0028]6)贮箱整体仿真
[0029]6.1进入贮箱仿真模块，利用步骤2)、步骤4)及步骤5)中确定的结构参数进行贮箱整体有限元模型创建，并在有限元模型中添加材料属性、设置边界条件和约束条件形成贮箱整体模型；
[0030]6.2)对贮箱整体进行静强度分析，外压失稳分析和动力学分析，判断结果是否合理，若不合理，则需修改参数进行重分析，直到结果合理；
[OO31 ] 7)进行热防护设计分析
[0032]根据入口燃气参数，选择防热层材料和布置方案，确定防热层厚度，完成热防护设计，进行静态热防护仿真分析。
[0033]进一步的，在贮箱整体模型创建时，所述外壳建模是在隔膜模型基础上进行的；
[0034]所述属隔膜与壳体边界连接处设置有参数化单元种子；
[0035]所述安装结构的建模是在外壳基础上进行的。
[0036]本发明与现有技术相比，优点是:
[0037]1、本发明对贮箱进行了一体化设计，有效提高产品的合格率和设计效率;同时，在本发明中贮箱的壳体是在隔膜的基础上设计的，安装结构是在壳体和隔膜的基础上设计的，保证了各结构之间的协调性。在仿真时，外壳建模是在隔膜模型基础上进行，保证了设计参数的匹配性;通过对金属隔膜与壳体边界连接处设置参数化单元种子，保证了有限元模型连接处单元的协调一致;同样，安装结构的建模是在外壳基础上进行，保证了几何结构和有限元模型的协调性。
[0038]2、本发明只需提供设计过程中关心的驱动参数，即可建立隔膜参数化模型；根据计算仿真结果，需要修正结构参数重新计算时只需修改相应参数，无需重复进行有限元前后处理操作，提高工作效率，缩短设计周期，降低了研制成本。
[0039]3、集成了优化设计程序，为用户提供最优设计参数组合，降低以往对工程经验的过度依赖。
【附图说明】
[0040]图1是贮箱设计工作流程图。
[0041 ]图2是金属隔膜结构示意图。
[0042]图3金属隔膜贮箱结构示意图。
【具体实施方式】
[0043]以下结合附图对本发明详细的设计过程进行介绍。
[0044]1、方案设计
[0045]1.1)收集已有的金属隔膜构型、壳体构型；
[0046]1.2)根据系统任务对贮箱大致定型，按照经验公式计算得出贮箱产品主要结构特征参数；
[0047]2)隔膜设计
[0048]2.1)从已有的金属隔膜构型中选择本次设计的金属隔膜构型，按照选定金属隔膜中各组成部分的几何关系，得到表示各组成部分的各个结构参数间约束方程，
[0049]2.2))根据约束方程提取出结构参数中的关键驱动参数，并根据关键驱