直升机主减速器假件及其设计方法与流程

本申请涉及直升机结构设计技术领域，具体提供一种直升机主减速器加减及其设计方法。

背景技术：

直升机整机或大型部件进行强度试验时，出于节省经费的目的，非考核结构和加载件一般会采用假件代替，这类假件在设计时是按满足材料强度原则设计的，但当假件自身刚度影响载荷分配时，不对刚度进行设计，整个试验的精度会受到影响。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种直升机主减速器假件及其设计方法。

第一方面，本申请公开了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。

根据本申请的至少一个实施例，步骤s5中，最终设计变量选取曲线斜率大所对应的板件厚度。

第二方面，本申请公开了一种直升机主减速器假件，直升机主减速器假件通过上述的直升机主减速器假件设计方法获得。

本申请实施例提供的直升机主减速器加减及其设计方法中，首先建立真实主减速器分析模型，确定真实主减速器的刚度特性，再建立主减速器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。

附图说明

图1是本申请实施例提供的主减速器假件的结构示意图。

其中：

1、主轴；2、上盖板；3、斜封闭板；4、侧板；5、连接底座；6、下盖板；7、加强筋。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本申请实施例提供的直升机主减速器假件的设计方法包括以下步骤：

s1：对真实主减速器进行传载和受力分析，获取真实主减速器连接点的传递载荷的大小和方向。

s2：建立真实主减速器的有限元模型，根据传递载荷的方向对真实主减速器连接点进行相应的约束，同时根据传递载荷的大小得到真实主减速器连接点处的约束载荷值。

其中，约束载荷值能够体现真实主减速器的刚度。

s3：根据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，并建立主减速器假件的有限元模型。

其中，采用焊接和/或螺接钢板的方式，能够保证生产安装工艺的简便性。

如图1所示，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的壳体。

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。

其中，焊接区许用剪切、连接螺栓许用剪切与拉伸、壳体材料强度极限均可以从设计手册中查找。

s5：对步骤s3中的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，将每个设计变量划分成数量相同的水平分区，将所有的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。

主减速器假件的设计变量的个数为d，根据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。

可选地，最终设计变量选取曲线斜率大所对应的板件厚度。

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，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主减速器假件的设计尺寸。

在另一方面，本申请还提供了一种直升机主减速器假件，通过上述的直升机主减速器假件设计方法获得。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。