基于轮廓偏移的金属特型密封结构稳健性优化设计方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115758628A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211647575.3(22)申请日2022.12.21(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市碑林区咸宁西路28号(72)发明人张大伟刘秋彤张琳铭杨光灿(74)专利代理机构西安智大知识产权代理事务所61215专利代理师贺建斌(51)Int.Cl.G06F30/17(2020.01)G06F30/23(2020.01)G06F17/10(2006.01)权利要求书5页说明书14页附图3页(54)发明名称基于轮廓偏移的金属特型密封结构稳健性优化设计方法(57)摘要一种基于轮廓偏移的金属特型密封结构稳健性优化设计方法，通过迭代优化轮廓特征参数，使得金属特型密封能够在不改变生产加工工艺和产品结构设计的前提下尽可能提高相关的性能指标，能够有效提高单个或多个金属特型密封的性能指标，并使性能指标具有较好的稳健性；具有成本低、简单有效的优点。CN115758628ACN115758628A权利要求书1/5页1.一种基于轮廓偏移的金属特型密封结构稳健性优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，确定优化目标y：优化目标y由n个性能指标Em无量纲化处理后加权得到，n≥1；对于金属特型密封结构，性能指标为卸载回弹金属特型密封高度E1、初始接触压强E2、工作时接触压强E3等等，无量纲化处理的计算公式如下：其中，为无量纲化处理后的性能指标；对应性能指标的初始值；加权计算公式如下：其中，ωm为加权系数；Ee为极大型最终指标；δm与σm分别为调整系数，用于将极大型或极小型指标统一为极大型指标；步骤2，确定设计参数x：设计参数x由设计变量V归一化后得到，设计变量V由各密封结构尺寸综合处理得到，能够准确表征密封结构轮廓线变化情况，因此设计参数即为轮廓特征参数；设计变量V按照以下方式进行归一化：其中，Vdown为设计变量下限，为设计变量下限初值，xdown为设计参数下限；上限表示方法与下限类似；公式中正负号使用说明：上下两式在对设计参数进行初始化时分别取“‑”“+”；在反归一化时正负号的选取应始终保证Vdown与Vup为正；步骤3，设计参数初始化：将初始设计的结构名义值x0设为零点，设计参数上限初值取为1，设计参数下限初值取为‑1；步骤4，提取仿真数据：依据设计参数初值进行有限元仿真，从结果中提取仿真数据Em，即性能指标，通过式(1)无量纲化和式(2)加权计算得到初始优化目标0y、并绘制初始拟合曲线P0(x)；步骤5，判断初始拟合曲线是否存在拐点，令l＝0，记寻找拐点过程中的优化目标为2CN115758628A权利要求书2/5页寻找拐点过程中设计参数为寻找拐点过程中拟合曲线为Pl(x)；若存在拐点，则执行步骤9；否则比较与的大小关系，若则执行步骤6；若则执行步骤7；若则执行步骤8；步骤6，计算依据进行有限元仿真，提取仿真结果并通过式(1)无量纲化和式(2)加权计算得到比较与的大小关系，若则计算l＝l+1，并重复步骤6；若则执行步骤9；步骤7，计算依据进行有限元仿真，提取仿真结果并通过式(1)无量纲化和式(2)加权计算得到比较与的大小关系，若则计算l＝l+1，并重复步骤7；若则执行步骤9；步骤8，计算和提取有限元仿真结果并通过式(1)无量纲化和式(2)加权计算得到与继而比较与的大小，若则计算l＝l+1，并执行步骤6；若继续比较与的大小，若则计算l＝l+1，并执行步骤7，否则执行步骤9；步骤9，重新赋值上下限，对于设计参数上限及下限重新赋值公式如下：其中，与表示执行完步骤5至步骤8后的新的上下限值；记Pe(x)表示执行完步骤5至步骤8后最终得到的拟合曲线，将该拟合曲线最大值点标记为其满足以下公式，求解该式即得具体数值；其中，P’e(x)表示对Pe(x)进行一阶求导；至此，得到了新一代初值：对应的优化目标也表示为Pe(x)在计算完公式(5)后同样进行重新标记，即步骤10，令i＝0，记迭代过程中下限优化目标、上限优化目标、拟合曲线最大值分别为迭代过程中设计参数下限、设计参数上限、拟合曲线最大值点分别为迭代过程中拟合函数为步骤11，记为下限优化目标与最大值的偏差绝对值；为上限优化目标与最大值的偏差绝对值，两者的计算公式为：记为设计参数下限与最大值点的偏差绝对值；为设计参数上限与最大值点的3CN115758628A权利要求书3/5页偏差绝对值，两者的计算公式为：步骤12，对于设计参数下限，迭代过程中计算公式如下：其中，ξi为：对于设计参数上限，迭代过程中计算公式如下：其中，ηi为：其中，公式(8)与公式(10)中的与分别表示准下限与准上限，其用于表示未最终确定的临时迭代值；步骤13，停止条件1和停止条件2判定：停止