获取大直径筒形件过盈装配参数的方法、系统、设备及介质与流程

本发明属于，具体涉及一种获取大直径筒形件过盈装配参数的方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、在高端装备制造、新能源、化工压力容器等核心工业领域，大直径筒形构件是设备承载、动力传输与密闭运行的核心基础零部件，如风电法兰、大型压力容器筒节、电解铜箔阴极辊等。此类构件普遍采用过盈装配方式实现轴筒与筒体、法兰与筒节之间的刚性连接，依靠装配后接触面产生的径向接触压力传递扭矩与轴向载荷，过盈装配质量直接决定整机运行稳定性、服役寿命与生产安全性，是大件机械制造全过程中不可或缺的关键成型工艺。

2、现阶段针对大直径筒形件的过盈装配工艺设计依旧沿用传统设计体系，装配过盈量、装配压力、加热温度等核心工艺参数主要依靠行业经验公式或经典厚壁圆筒简化力学模型完成计算。该类传统计算方式大多基于小尺寸标准筒件理想线弹性力学假设，忽略了大直径构件自身结构带来的多重非线性影响。一方面，大尺寸筒体壁厚相对径比较小，构件装配后易产生明显的径向形变与整体结构弯曲，几何非线性效应不可忽略；另一方面，重载装配工况下筒壁局部应力极易突破材料弹性极限，产生材料非线性形变，同时装配全过程中接触面贴合区域、摩擦系数实时变化，接触非线性问题进一步加剧计算误差。

3、工艺参数计算精度不足，直接引发两类典型装配失效问题，制约高端大件制造良品率。其一，工艺设计人员为规避装配开裂风险，往往选取偏小过盈量，装配后接触面压紧力不足，设备重载运转、交变载荷作用下，配合面极易出现周向相对滑移，大幅降低零部件传动精度，加剧接触面磨损，直接缩短设备服役周期，影响风电设备、铜箔生产设备连续稳定运行。其二，盲目放大过盈量以保障连接可靠性，会使包容件局部应力远超材料屈服强度，引发不可逆塑性变形，严重时直接造成筒体开裂、法兰崩边等结构性报废问题，不仅增加生产成本，还会延误整体生产工期。

4、综上，传统经验化、理想化的参数计算方法已经无法适配大直径筒形件高精度、高可靠性的装配生产需求。因此，本技术预期一种精确、高效、可量化的方法来确定大直径筒形件过盈装配的关键参数。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中大直径筒形件装配时存在配参数设计保守、计算结果偏差大、装配失效风险不可控的问题，本发明提供一种获取大直径筒形件过盈装配参数的方法、系统、设备及介质。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、在第一方面，本公开实施例提供一种获取大直径筒形件过盈装配参数的方法，包括以下步骤：

4、步骤s1：基于包容件与被包容件的实际参数，建立三维有限元仿真模型，并获取包容件与被包容件接触面的应力-过盈量关系；

5、步骤s2：基于所述应力-过盈量关系获取包容件与被包容件接触面的支撑力，并将基于支撑力得到接触面的总摩擦力；

6、步骤s3：将所述总摩擦力转为可传递扭矩，并基于可传递扭矩得到包容件与被包容件的过盈量最小值，基于应力-过盈量关系获取得到包容件与被包容件的过盈量最大值，筒形件过盈装配参数位于过盈量最小值和过盈量最大值之间。

7、进一步的，在得到所述应力-过盈量关系时，包括以下步骤：

8、步骤a1：多物理场仿真模型建立包含包容件与被包容件的大直径筒形件过盈装配的三维有限元模型；

9、步骤a2：在所述三维有限元模型中，分别定义包容件与被包容件的材料本构模型，并输入所述实际参数；

10、步骤a3：在所述三维有限元模型中，在包容件与被包容件的接触面之间定义面-面接触，并设定面-面接触的摩擦系数；

11、步骤a4：在所述三维有限元模型中，根据实际装配工况施加约束，并通过温度场法、位移法或直接过盈接触法，在所述接触面模拟不同预设过盈量，并通过非线性静力学求解得到在各预设过盈量下，包容件与被包容件接触面上的法向接触应力分布，其中，为沿接触面的位置坐标；

12、步骤a5：对每个预设的所述过盈量对应的接触应力分布进行后处理，提取关键数据，并对关键数据进行数据拟合，得到描述过盈量与表征接触应力之间关系的函数曲线，并作为应力-过盈量关系：。

13、进一步的，所述材料本构模型至少包括线弹性和/或弹塑性；

14、所述实际参数至少包括弹性模量、泊松比、屈服强度和/或硬化曲线；

15、所述关键数据至少包括最大接触应力、平均接触应力或特定位置的应力。

16、进一步的，得到所述支撑力时，对于任一过盈量，对应的接触应力分布为，通过数值积分计算整个接触面积上的支撑力，包括：

17、；

18、式中，微分面积元。

19、进一步的，所述总摩擦力，包括：

20、；

21、式中，为接触面之间的摩擦系数。

22、进一步的，所述可传递扭矩，包括：

23、；

24、式中，为配合面的平均半径。

25、进一步的，在得到包容件与被包容件的过盈量最小值时，根据装配体的功能要求，确定需要克服的最小扭矩设计值，获取对应的过盈量，并作为过盈量最小值；

26、在得到包容件与被包容件的过盈量最大值时，构建强度条件，在应力-过盈量关系中找到符合强度条件的对应的接触应力，并将符合强度条件的对应的接触应力对应的过盈量作为过盈量最小值；其中，强度条件，，式中，为包容件材料的屈服强度，为预设的安全系数，。

27、在第二方面，本公开实施例提供一种获取大直径筒形件过盈装配参数的系统，包括：

28、预处理单元，被配置为基于包容件与被包容件的实际参数，建立三维有限元仿真模型，并获取包容件与被包容件接触面的应力-过盈量关系；

29、初始化单元，被配置为基于所述应力-过盈量关系获取包容件与被包容件接触面的支撑力，并将基于支撑力得到接触面的总摩擦力；

30、输出单元，被配置为将所述总摩擦力转为可传递扭矩，并基于可传递扭矩得到包容件与被包容件的过盈量最小值，基于应力-过盈量关系获取得到包容件与被包容件的过盈量最大值，筒形件过盈装配参数位于过盈量最小值和过盈量最大值之间。

31、在第三方面，本公开实施例提供一种电子设备，其特征在于，该电子设备包括：

32、至少一个处理器；以及，

33、与该至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

34、该存储器存储有可被该至少一个处理器执行的指令，该指令被该至少一个处理器执行，以使该至少一个处理器能够执行所述的获取大直径筒形件过盈装配参数的方法。

35、在第四方面，本公开实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行所述的获取大直径筒形件过盈装配参数的方法。

36、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

37、本发明提供一种获取大直径筒形件过盈装配参数的方法、系统、设备及介质，本方法基于包容件与被包容件的实际参数，建立三维有限元仿真模型，并获取包容件与被包容件接触面的应力-过盈量关系，通过有限元仿真，能够精确模拟大直径筒形件过盈配合下的复杂应力状态，克服了传统解析公式在几何非线性、接触非线性方面的不足；本方法基于所述应力-过盈量关系获取包容件与被包容件接触面的支撑力，并将基于支撑力得到接触面的总摩擦力；将所述总摩擦力转为可传递扭矩，并基于可传递扭矩得到包容件与被包容件的过盈量最小值，基于应力-过盈量关系获取得到包容件与被包容件的过盈量最大值，筒形件过盈装配参数位于过盈量最小值和过盈量最大值之间。本方法通过扭矩与强度的双重校核，明确给出了过盈量的安全区间，从设计源头避免了装配失效的风险，通过有限元仿真与力学计算相结合，实现过盈量的精确、快速选取，确保装配既满足扭矩传递要求，又保证结构强度安全。本方法适用于不同材料、不同尺寸规格的大直径筒形件，具有良好的可扩展性和工程适用性。