直升机主减速器假件及其设计方法

标题：直升机主减速器假件及其设计方法

摘要：本申请提供了一种直升机主减速器假件及其设计方法，该方法首先建立真实主减分析模型，确定真实主减的刚度特性，再建立主减假件的有限元概念模型外观，然后采用实验设计的方法确定关键设计尺寸，同时得到设计变量与设计目标的响应关系，进而选择合适的优化算法对主减假件某些部件厚度进行优化设计，最终设计出同时满足强度和刚度特性要求的假件，具有设计简单、设计结果可靠等优点。

申请号：CN201811334295.0

申请日：2018/11/9

申请人：中国直升机设计研究所

首项权利要求：1.一种直升机主减速器假件的设计方法，其特征在于，包括：
S1：对真实主减速器进行传载和受力分析，获取所述真实主减速器连接点的传递载荷的大小和方向；
S2：建立所述真实主减速器的有限元模型，根据所述传递载荷的方向对所述真实主减速器连接点进行相应的约束，同时根据所述传递载荷的大小得到所述真实主减速器连接点处的约束载荷值；
S3：根据所述真实主减速器连接点间的距离和占用空间，确定主减速器假件壳体的体积范围，采用焊接和/或螺接钢板的方式拼装一个封闭的壳体，并建立所述主减速器假件的有限元模型，其中，所述主减速器假件由主轴、上盖板、斜封闭板、侧板、连接底座、下盖板以及加强筋组成；
S4：选取步骤S3中的有限元模型的每个部件的厚度作为设计变量，设计约束为焊接区许用剪切、连接螺栓许用剪切与拉伸、壳体材料强度极限；
S5：对步骤S3中的所述主减速器假件进行试验设计分析：
对步骤S4中的设计变量进行抽样，将每个所述设计变量划分成数量相同的水平分区，将所有的所述水平分区随机地组合在一起，来指定用来定义设计矩阵的N个点，保证每一个变量的每个水平分区只被研究一次；
所述主减速器假件的设计变量的个数为D，根据所述主减速器假件的制造工艺，每个板件的厚度采用离散型变量，厚度取值范围为[t1, t2]，取值间隔为Δt，则样本水平点N＝(t2-t1)/Δt，在空间内随机选取不重复的样本点进行计算，对每个响应利用最小二乘法构建多项式以拟和分析数据，由此会得到一系列的多项式系数，对任意两个独立变量X1，X2的主效应多项式：
对上述的多项式求导dy＝C1dX1+C2dX2+2C3X1dX1+2C4X2dX2+C5(X2dX1+X1dX2)分别得到线性主效应MX1＝C1dX1, MX1＝C2dX2, 二阶主效应交互效应MX1X2＝C5(X1dX2+X2dX1) , 进而得到每个所述设计变量对设计目标的影响曲线，通过曲线的斜率判断板件厚度对连接点载荷影响，以此为依据筛选出主减假件分析模型的最终设计变量；
S6：主减假件刚度分析模型数学特性确定：
利用步骤S5的实验设计分析，拟合任意两个设计变量与某个设计目标的响应面，若响应面是平面，则刚度特性是线性问题；
若响应面是单个波峰的曲面，则刚度特性是单峰非线性问题；
若响应面存在多个波峰，则刚度特性是多峰非线性问题；
S7：等效刚度评估判据设定：
在同等加载条件下，所述主减速器假件分析模型得到的连接点载荷与步骤S2中的真实主减速器连接点载荷对比，两者的变化率越小，则说明假件与真件刚度特性越接近；
S8：建立优化设计模型：
设计变量由步骤S5确定，优化算法选取参考步骤S6的分析，如果刚度模型是线性或单峰非线性问题，选择任意一个全局或局部优化算法；
如果刚度模型是多峰非线性问题，则选择局部优化加全局优化相结合的算法；
设计目标由步骤S7确定，优化模型计算完成后，得到的各部件尺寸即为最终的所述主减速器假件的设计尺寸。

专利类型：发明申请