【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磨粒流抛光，尤其涉及一种精细流道弯管抛光补偿结构的制造方法。
技术介绍
1、现有的精密流道弯管结构，因现有的多种加工制造技术的逐渐成熟，原本传统加工直角转弯流道逐渐转变为圆弧过渡的直角转流道。然而，受限于精密流道内部可达性差，一些高精度的内部加工抛光方式不适用，使得精密流道内部内壁面表面质量无法达到使用要求。磨粒流加工方式具有高可达性的特点，并且流体抛光的特点可以有效避免流道内部错综复杂取向带来的干涉，然而这就使得现有的截面形状不变的圆弧过度的直角转弯流道，会产生内壁面和外避免的抛光不均匀现象。
2、目前，市场使用的流体磨粒流技术在抛光精密流道弯管部分时，弯管截面处周向各部分去除不一致，而且面向高精度的产品或者高要求的使用环境时，无法保证满足产品一致性较高的前提下完成均匀有效的抛光。
技术实现思路
1、本专利技术的未解决上述抛光流道结构时存在的不足，提出了一种精密流道抛光的补偿结构。本专利技术基于磨粒流抛光精密流道弯管部分时磨粒随流体运动特性的特点，提出一种补偿结构，能够改善流体与速度场以及压力场分布，使得抛光流道弯管大径处以及小径处更加均匀，抛光后的质量更好。
2、本专利技术的技术方案如下：一种精细流道弯管抛光补偿结构的制造方法，包括以下步骤：
3、（1）对于给定需要抛光的金属液压管路系统，从管路系统中提取初始特征弯管流道的流道直径、转弯半径以及转弯角度；
4、（2）给定拓扑优化需要的设计空间及边界条件，通过solid
5、（3）将直管流域部分在磨粒流抛光中设定为非拓扑优化流域，只需对速度方向发生变化且会产生回流区域的局部转弯处流域进行流体仿真并拓扑优化，得到设计空间内流域拓扑优化的初步结果；
6、（4）根据优化结构对弯管部分的流体域重新建模，对流体域增加壁厚生成能够进行增材制造的流道实体，对其结构补偿并建立得到所需的流道结构。
7、进一步地，所述步骤（2）中通过solidworks对原始流道的流域进行几何建模得到拓扑域模型，并对添加拓扑域未进行优化流道模型进行网格划分，具体为：首先确定流体拓扑区域范围，以流道弯管与直管交接截面两边各直线延伸与流道转弯半径相同长度，以此作为流体拓扑区域，由此通过solidworks对流域部分进行建模得到拓扑域模型；由于直管流域部分不存在局部压力损失，即非拓扑优化流域，因此只对速度方向发生变化的局部转弯处流域进行拓扑优化，建立设计空间；即将三维模型以.xt格式导入ansys workbench，并进行网格划分，所述网格采用的是非结构性网格，其网格为六面体，大小设置0.1mm，由此得到拓扑前结构的网格模型。
8、进一步地，所述步骤（3）中将直管流域部分在磨粒流抛光中设定为非拓扑优化流域，具体为：非拓扑优化流域在磨粒流抛光过程中，不存在速度场的急剧变化的直管流域部分，并且磨粒在整体运动过程中处于均匀去除的状态且直管部分不存在局部压力损失。
9、进一步地，所述步骤（2）中的拓扑优化，其拓扑优化的方法是采用计算流体力学数值方法进行拓扑优化的，具体为：以固体各向同性惩罚插值模型simp拓扑优化理论建立数学模型，以单元密度为设计变量；固体各向同性惩罚插值模型simp是连续体拓扑优化中一种变密度法插值模型；由于设计变量或者为0，即单元去除；或者为1，即单元保留；所述拓扑优化是离散变量0或1的组合优化，若设计域中存在n个设计变量，则从个方案中寻找最优解；当n大于64或者128时，则导致“组合爆炸”，所需的分析次数超出计算机的计算能力，则会导致无法计算；因此需要将离散变量松弛为0-1的连续变量，并应用基于连续变量的导数优化算法求解，对中间密度进行惩罚或者限制，以确保中间密度不会出现或者受到限制，使之向0或1两极转变。
10、具体地，所述simp为惩罚模型，利用oc优化准则拓扑优化求解算法对数学模型进行求解，所述oc准则法根据局部区域的初始设计点，约束每次迭代应满足的优化条件来求解的。
11、进一步地，所述oc准则法包括最佳特性理论和重新设计准则，所述重新设计准则利用的是控制器反馈方法，其评估系统为结构力学中的有限元分析或计算流体力学分析，由评估系统提供设计响应，设计响应为cfd中的速度场或结构力学中的应力分布，应用于流体动力学中的oc方法基于阻止回流产生的优化目标，优化约束为体积约束，对回流区域单元进行“沉降”，并通过监测流域内的回流值约束压力损失，所述回流值代表与流向相反的总质量流量，优化器通过评估流场状态监测回流值，由于当前不会自动停止优化过程，需要设置预定迭代次数，当完成预定迭代次数后会结束优化过程，根据受体积约束的优化目标，以及在给定的设计空间中保留或去除实体来迭代地改变流域，实现拓扑优化。
12、进一步地，所述约束每次迭代应满足的优化条件来求解的，具体为：首先给出迭代的数学表达式为：；其中为第k+1次迭代的变量；为第k次迭代的比例因子；为第k次迭代的解；首先将具有约束的拓扑优化模型转为无约束的拉格朗日函数，通过求解拉格朗日乘子来求解目标函数最优解，其拉格朗日方程表达式为：；其中，为结构的柔度；v为材料体积分数； 为单元设计变量；为第i次单元设计变量；为使得l函数最小化的v值；和分别为单元设计变量上下限，、和是与约束对应的拉格朗日乘子；其中，其目标函数极限值是根据kuhn-tucker条件来确定，表达式如下：；其中为 l函数最小化的 v值；为等式约束的拉格朗日乘子；为约束条件；通过引入阻尼因子以及移动极限常数两个参数稳定迭代，其中，；即采用如下迭代更新形式：；其中，k为次数， 为k次的设计变量。
13、进一步地，所述步骤（3）中的局部转弯处流域进行流体仿真并拓扑优化，是基于步骤（2）给定拓扑优化需要的设计空间及边界条件而完成，具体为：所述流体仿真是将网格模型导入到fluent求解器中进行计算；所述设计空间及边界条件包括材料属性和边界条件；所述材料属性包括：使用密度为的46号液压油作为油液介质，其动力粘度为；所述边界条件求解为：设总体积流量为0.38l/min，则入口质量流量为0.5.4*10^-3kg/s，将入口设置为速度入口，平均速度为2m/s，出口设置为压力出口，根据液压系统实际工况，设定出口压力大小为0mpa进行仿真；根据cfd仿真结果在给定的设计空间内进行拓扑优化，以入口与出口间压力损失为优化目标，流域材料的体积为约束，得到设计空间内流域拓扑优化的初步结果。
14、进一步地，对所述设计空间内流域拓扑优化的初步结果进行形状优化处理，得到拓扑流域的光滑曲面，通过提取拓扑后管道优化特征，对弯管拓扑区域进行重新建模，确定流道转弯部分变截面结构在初始弯管部分的尺寸长度，以及变截面形状在弯管部分的尺寸变化大小，重新建模得到特定尺寸下精密流道弯管部分的拓扑补本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种精细流道弯管抛光补偿结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种精细流道弯管抛光补偿结构的制造方法，其特征在于，所述步骤（2）中通过SolidWorks对原始流道的流域进行几何建模得到拓扑域模型，并对添加拓扑域未进行优化流道模型进行网格划分，具体为：首先确定流体拓扑区域范围，以流道弯管与直管交接截面两边各直线延伸与流道转弯半径相同长度，以此作为流体拓扑区域，由此通过Solidworks对流域部分进行建模得到拓扑域模型；由于直管流域部分不存在局部压力损失，即非拓扑优化流域，因此只对速度方向发生变化的局部转弯处流域进行拓扑优化，建立设计空间；即将三维模型以.xt格式导入ANSYS Workbench，并进行网格划分，所述网格采用的是非结构性网格，其网格为六面体，大小设置0.1mm，由此得到拓扑前结构的网格模型。
3.根据权利要求1所述的一种精细流道弯管抛光补偿结构的制造方法，其特征在于，所述步骤（3）中将直管流域部分在磨粒流抛光中设定为非拓扑优化流域，具体为：非拓扑优化流域在磨粒流抛光过程中，不存在速度场的急剧变化的直管流域
4.根据权利要求3所述的一种精细流道弯管抛光补偿结构的制造方法，其特征在于，所述步骤（2）中的拓扑优化，其拓扑优化的方法是采用计算流体力学数值方法进行拓扑优化的，具体为：以固体各向同性惩罚插值模型SIMP拓扑优化理论建立数学模型，以单元密度为设计变量；固体各向同性惩罚插值模型SIMP是连续体拓扑优化中一种变密度法插值模型；由于设计变量或者为0，即单元去除；或者为1，即单元保留；所述拓扑优化是离散变量0或1的组合优化，若设计域中存在n个设计变量，则从个方案中寻找最优解；当n大于64或者128时，则导致“组合爆炸”，所需的分析次数超出计算机的计算能力，则会导致无法计算；因此需要将离散变量松弛为0-1的连续变量，并应用基于连续变量的导数优化算法求解，对中间密度进行惩罚或者限制，以确保中间密度不会出现或者受到限制，使之向0或1两极转变。
5.根据权利要求4所述的一种精细流道弯管抛光补偿结构的制造方法，其特征在于，所述SIMP为惩罚模型，利用OC优化准则拓扑优化求解算法对数学模型进行求解，所述OC准则法根据局部区域的初始设计点，约束每次迭代应满足的优化条件来求解的。
6.根据权利要求5所述的一种精细流道弯管抛光补偿结构的制造方法,其特征在于，所述OC准则法包括最佳特性理论和重新设计准则，所述重新设计准则利用的是控制器反馈方法，其评估系统为结构力学中的有限元分析或计算流体力学分析，由评估系统提供设计响应，设计响应为CFD中的速度场或结构力学中的应力分布，应用于流体动力学中的OC方法基于阻止回流产生的优化目标，优化约束为体积约束，对回流区域单元进行“沉降”，并通过监测流域内的回流值约束压力损失，所述回流值代表与流向相反的总质量流量，优化器通过评估流场状态监测回流值，由于当前不会自动停止优化过程，需要设置预定迭代次数，当完成预定迭代次数后会结束优化过程，根据受体积约束的优化目标，以及在给定的设计空间中保留或去除实体来迭代地改变流域，实现拓扑优化。
7.根据权利要求5所述的一种精细流道弯管抛光补偿结构的制造方法，其特征在于，所述约束每次迭代应满足的优化条件来求解的，具体为：首先给出迭代的数学表达式为：；其中为第k+1次迭代的变量；为第k次迭代的比例因子；为第k次迭代的解；首先将具有约束的拓扑优化模型转为无约束的拉格朗日函数，通过求解拉格朗日乘子来求解目标函数最优解，其拉格朗日方程表达式为：；其中，为结构的柔度；v为材料体积分数； 为单元设计变量；为第i次单元设计变量；为使得L函数最小化的V值；和分别为单元设计变量上下限，、和是与约束对应的拉格朗日乘子；其中，其目标函数极限值是根据Kuhn-Tucker条件来确定，表达式如下：；其中为L函数最小化的V值；为等式约束的拉格朗日乘子；为约束条件；通过引入阻尼因子以及移动极限常数两个参数稳定迭代，其中，；即采用如下迭代更新形式：；其中，k为次数， 为k次的设计变量。
8.根据权利要求1所述的一种精细流道弯管抛光补偿结构的制造方法，其特征在于，所述步骤（3）中的局部转弯处流域进行流体仿真并拓扑优化，是基于步骤（2）给定拓扑优化需要的设计空间及边界条件而完成，具体为：所述流体仿真是将网格模型导入到Fluent求解器中进行计算；所述设计空间及边界条件包括材料属性和边界条件；所述材料属性包括：使用密度为的46号液压油作为油液介质，其动力粘度为；所述边界条件求解为：设总体积流量为0.38L/mi...
【技术特征摘要】
1.一种精细流道弯管抛光补偿结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种精细流道弯管抛光补偿结构的制造方法，其特征在于，所述步骤（2）中通过solidworks对原始流道的流域进行几何建模得到拓扑域模型，并对添加拓扑域未进行优化流道模型进行网格划分，具体为：首先确定流体拓扑区域范围，以流道弯管与直管交接截面两边各直线延伸与流道转弯半径相同长度，以此作为流体拓扑区域，由此通过solidworks对流域部分进行建模得到拓扑域模型；由于直管流域部分不存在局部压力损失，即非拓扑优化流域，因此只对速度方向发生变化的局部转弯处流域进行拓扑优化，建立设计空间；即将三维模型以.xt格式导入ansys workbench，并进行网格划分，所述网格采用的是非结构性网格，其网格为六面体，大小设置0.1mm，由此得到拓扑前结构的网格模型。
3.根据权利要求1所述的一种精细流道弯管抛光补偿结构的制造方法，其特征在于，所述步骤（3）中将直管流域部分在磨粒流抛光中设定为非拓扑优化流域，具体为：非拓扑优化流域在磨粒流抛光过程中，不存在速度场的急剧变化的直管流域部分，并且磨粒在整体运动过程中处于均匀去除的状态且直管部分不存在局部压力损失。
4.根据权利要求3所述的一种精细流道弯管抛光补偿结构的制造方法，其特征在于，所述步骤（2）中的拓扑优化，其拓扑优化的方法是采用计算流体力学数值方法进行拓扑优化的，具体为：以固体各向同性惩罚插值模型simp拓扑优化理论建立数学模型，以单元密度为设计变量；固体各向同性惩罚插值模型simp是连续体拓扑优化中一种变密度法插值模型；由于设计变量或者为0，即单元去除；或者为1，即单元保留；所述拓扑优化是离散变量0或1的组合优化，若设计域中存在n个设计变量，则从个方案中寻找最优解；当n大于64或者128时，则导致“组合爆炸”，所需的分析次数超出计算机的计算能力，则会导致无法计算；因此需要将离散变量松弛为0-1的连续变量，并应用基于连续变量的导数优化算法求解，对中间密度进行惩罚或者限制，以确保中间密度不会出现或者受到限制，使之向0或1两极转变。
5.根据权利要求4所述的一种精细流道弯管抛光补偿结构的制造方法，其特征在于，所述simp为惩罚模型，利用oc优化准则拓扑优化求解算法对数学模型进行求解，所述oc准则法根据局部区域的初始设计点，约束每次迭代应满足的优化条件来求解的。
6.根据权利要求5所述的一种精细流道弯管抛光补偿结构的制造方法,其特征在于，所述oc准则法包括最佳特性理论和重新设计准则，所述重新设计准则利用的是控制器反馈方法，其评估系统为结构力学中的有限元分析或计算流体力学分析，由评估系统提供设计响应，设计响应为cfd中的速度场或结构力学中的应力分布，应用于流体动力学中的oc方法基于阻止回流产生的优化目标，优化约束为体积约束，对回流区域单元进行“沉降”，并通过监测流域内的回流值约束压力损失，所述回流值代表与流向相反的总质量流量，优化器通过评估流场状态监测回流值，由于当前不会自动停止优化过程，需要设置预定迭代次数，当完成预定迭代次数后会结束优化过程，根据受体积约束的优化目标，以及在给定的设计空间中保留或去除实体来迭代地改变流域，实现拓扑优化。
7.根据权利要求5所述的一种精细流道弯管抛光补偿结构的制造方法，其特征在于，所述约束每次迭代应满足的优化条件来求...
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