基于绿色低碳的绝缘子生产工艺仿真及优化方法与流程

本发明涉及计算机辅助工艺仿真，尤其涉及一种基于绿色低碳的绝缘子生产工艺仿真及优化方法。

背景技术：

1、绝缘子烧成生产中通常根据绝缘子的三维结构、窑炉温度和窑具支承位置建立仿真模型，用于计算绝缘子在升温、烧结和冷却过程中的温度、收缩及变形情况。烧成结束后，再将仿真结果与实际检测到的尺寸、翘曲和裂纹位置进行比较。当两者存在偏差时，通常是修改坯料的导热参数、烧结收缩参数、窑炉换热条件或烧成温度轨迹，使仿真结果与当前炉次的检测结果相符。在这一过程中，绝缘子与窑具之间的支承位置和接触状态通常被作为固定条件处理。

2、但绝缘子在烧结过程中会持续收缩，其外形尺寸和与窑具之间的相对位置也会随之变化。原先与窑具接触的部位可能脱离，其他部位可能形成新的接触，接触处还可能由相对滑动转为固定接触，或者由固定接触转为滑动。接触关系发生变化后，绝缘子的重量、收缩约束力和温度应力会沿新的接触位置传递，绝缘子向窑具散热的位置也会同时改变。若载荷集中位置与温度变化集中的位置重合，伞裙根部、连接部等区域便容易产生持续变形。

3、由于现有仿真仍按照原有支承关系进行计算，这类由接触变化造成的局部偏差易被误判为坯料收缩不一致或窑炉温度分布异常。继续修改材料参数或烧成温度虽然可能减小当前炉次的计算偏差，却没有消除真实的接触变化，反而可能使材料模型、窑炉边界模型和窑具接触条件之间相互补偿。当绝缘子改变装载朝向或窑具后，原有补偿关系失效，同类缺陷仍会再次出现。

4、因此，本技术要解决的技术问题是：如何准确确定绝缘子烧成过程中局部变形偏差的实际来源，并避免将窑具接触关系变化造成的偏差错误归入材料模型或窑炉边界模型。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提供基于绿色低碳的绝缘子生产工艺仿真及优化方法，解决上述背景技术中所提到的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、基于绿色低碳的绝缘子生产工艺仿真及优化方法，包括如下步骤：

4、s1、获取绝缘子三维结构、对称等价区域及不同装载朝向和窑位的烧成仿真结果、烧后检测结果，将检测点与仿真节点配准至产品坐标系和窑炉坐标系，得到双坐标仿真残差；

5、s2、根据双坐标仿真残差随产品朝向迁移、固定于窑炉方位或随窑具支承关系迁移的状态，确定其归属于材料模型、窑炉边界模型或窑具接触模型，并在归属于窑具接触模型时锁定作用于残差区域的材料模型参数和窑炉边界模型参数；

6、s3、根据绝缘子烧结收缩状态和窑具支承结构进行接触关系动态建模，构建具有机械传力属性和接触导热属性的接触图，随烧结收缩更新接触边及接触状态，得到载荷主路径和接触导热路径的迁移结果；

7、s4、将接触变化时刻与应力松弛阶段及结构固定阶段对应，确定接触变化敏感阶段，判断接触变化敏感阶段内载荷集中区域与温度梯度区域是否重合，并在重合时通过策略优化生成窑具支承位置调整量、装载朝向调整量和温度轨迹调整量；

8、s5、依据调整量执行窑具支承、装载朝向和烧成温区温度轨迹调整，获取烧后三维变形、窑具接触印迹和裂纹起点，更新接触图及双坐标仿真残差，并根据模型归属更新参数锁定状态。

9、s1具体包括：依据绝缘子的设计对称中心、公共轴线及装载定位基准建立产品坐标系，将经旋转或镜像变换后结构拓扑、名义厚度、表面法向及区域边界均满足对应匹配限值的区域确定为对称等价区域，形成几何基准数据包；获取不同装载朝向及窑位对应的烧成仿真节点坐标和烧后检测点坐标，将距离不超过点对限值的检测点与仿真节点建立点对关系，并分别配准至产品坐标系和窑炉坐标系，形成仿真、检测对应数据集；计算各有效点对在产品坐标系和窑炉坐标系中的坐标差，按照对应网格面积汇总为区域残差向量，形成双坐标仿真残差。

10、s2具体包括：按照产品型号、坯料批次、烧成工艺版本、检测设备标定版本及仿真网格版本筛选双坐标仿真残差，并使同一装载朝向对应不同窑位且同一窑位对应不同装载朝向，形成残差迁移比较集；分别计算产品坐标对齐残差和窑炉坐标对齐残差的离散量，将随产品朝向迁移的残差归属于材料模型，将固定于窑炉方位的残差归属于窑炉边界模型，并将两类坐标均不一致且随窑具支承关系迁移的残差归属于窑具接触模型；在残差归属于窑具接触模型时，锁定作用区域与残差有效节点集合相重合的材料模型参数及窑炉边界模型参数，形成模型归属与参数锁定数据包。

11、s3具体包括：根据绝缘子网格、残差有效节点集合及窑具支承面建立初始接触图，初始接触图包括产品区域节点、窑具支承节点、内部传递边和接触边，并为接触边配置机械传力属性及接触导热属性；根据烧结过程中各计算时刻的节点温度、收缩应变、节点位移和法向反力进行接触关系动态建模，在法向间隙及法向反力满足接触条件时新增接触边，在满足释放条件时删除接触边，并根据切向作用力与摩擦约束关系更新粘着状态或滑移状态；根据各边的机械传递量和热传递量确定载荷主路径及接触导热路径，记录因接触边增删或接触状态转换产生的路径迁移结果。

12、s4具体包括：根据同批次坯料的高温应力松弛曲线、烧结收缩曲线及高温承载曲线，确定应力松弛阶段和结构固定阶段，并将二者之间的时间区间确定为接触变化敏感阶段；将接触载荷密度达到当前温度下允许接触载荷密度的网格单元确定为载荷集中区域，将温度梯度达到允许温度梯度的网格单元确定为温度梯度区域，并以两类区域是否具有共同网格单元确定重合状态；在发生重合时，于窑具结构限制、装窑定位限制及窑炉控制限制内生成调整候选组合，通过策略优化筛选使接触变化离开接触变化敏感阶段或消除重合状态的组合，输出工艺优化调整数据包。

13、s5具体包括：核验工艺优化调整数据包与待执行炉次的产品型号、窑具编号、模型版本号及烧成工艺版本，在核验一致且调整量满足窑具、装窑设备和窑炉控制限制时，执行窑具支承位置、装载朝向及烧成温区温度轨迹调整，形成烧成执行记录；在绝缘子烧成并冷却至检测条件后，采集烧后表面坐标和裂纹图像，将与窑具支承面投影区域具有共同网格单元的局部形貌变化确定为窑具接触印迹，形成优化结果检测数据包；根据预测接触边与窑具接触印迹的对应关系增删接触边并修正接触面积，重新获得双坐标仿真残差及模型归属，并据此更新参数锁定状态。

14、本发明的有益效果在于：

15、本发明通过双坐标仿真残差归属、参数锁定及接触关系动态建模，使窑具接触变化形成的局部偏差不再由材料模型或窑炉边界模型代偿，解决偏差来源误判及换位后模型失效的问题，提高工艺仿真的归因准确性和跨炉次稳定性。通过建立产品坐标系、对称等价区域及仿真—检测点对关系，并在产品坐标系和窑炉坐标系中形成双坐标仿真残差，使不同装载朝向和窑位下的数据具有统一比较基准，减少配准及区域错配误差，提高残差计算的一致性。

16、本发明通过交叉组织不同装载朝向和窑位的残差迁移比较集，依据残差迁移规律确定模型归属并锁定不相符的参数更新权限，阻断材料模型、窑炉边界模型与窑具接触模型之间的错误补偿，提高模型校正的稳定性和可重复性。通过构建兼具机械传力属性和接触导热属性的接触图，并随烧结收缩更新接触边、接触状态及作用传递路径，使支承脱离、新接触形成及粘滑转换得到连续表征，减少固定接触边界造成的仿真误差，提高变形预测的准确性。

17、本发明通过将接触变化时刻映射至应力松弛阶段和结构固定阶段，并对载荷集中区域与温度梯度区域的重合状态实施策略优化，使支承、朝向及温度轨迹调整具有明确触发依据，减少局部载荷与温升叠加，并控制附加加热能耗。通过执行优化调整后检测三维变形、窑具接触印迹和裂纹起点，并据此更新接触图、双坐标仿真残差及参数锁定状态，使执行结果持续反馈至下一炉次动态建模，抑制模型误差累积，提高连续生产中的仿真可靠性和产品一致性。