本發(fā)明屬于機械設(shè)計，涉及一種面向服役狀態(tài)下的機械裝備裝配界面性能提升方法，具體涉及一種服役性能牽引的裝配界面理想預(yù)應(yīng)力分布反演設(shè)計方法及相關(guān)裝置。

背景技術(shù)：

1、機械連接結(jié)構(gòu)用于相互連接機械部件，其連接結(jié)構(gòu)之間的裝配界面是承載和保障機械裝備實現(xiàn)既定功能的關(guān)鍵載體，裝配界面的接觸應(yīng)力分布是影響接觸力學(xué)性能乃至整機服役性能的關(guān)鍵要素。例如裝配界面接觸應(yīng)力分布不均勻與有效接觸面積小是航空發(fā)動機等高端裝備零部件高周疲勞和振動過大的主要因素之一。相較于裝配界面的裝配工藝優(yōu)化，聚焦于裝配界面的設(shè)計能夠直接影響裝配連接性能。目前，裝配界面的表面形貌設(shè)計已得到越來越多的應(yīng)用，如英國rolls?royce公司等世界航空發(fā)動機制造巨頭通過在航空發(fā)動機高壓渦輪盤與后軸頸之間的裝配界面上設(shè)計徑向紋理“micro-spline”形貌，顯著提升了航空發(fā)動機的綜合性能，有效增強了其產(chǎn)品在國際市場的競爭力。通過模擬機械裝備在服役時的受載工況，采用深度學(xué)習(xí)技術(shù)反演設(shè)計出最優(yōu)的裝配界面形貌布局，以目前的高精度加工為設(shè)計保障，其加工結(jié)果有助于提高機械裝備的動態(tài)性能，包括降低振動、提高可靠性和延長使用壽命。可見，從裝配連接性能形成的力學(xué)本質(zhì)出發(fā)，以調(diào)控裝配接觸應(yīng)力等物理量性能指標(biāo)為目標(biāo)的技術(shù)路線是一個非常富有發(fā)展?jié)摿Φ难芯糠较颉?/p>

2、但是，由于航空航天等大型設(shè)備連接結(jié)構(gòu)的裝配界面所承受的高壓、高低溫、強氧化、變載荷強振動沖擊等服役工況會對連接件裝配完成時的裝配應(yīng)力分布狀態(tài)進行“再設(shè)計”，因此現(xiàn)有技術(shù)在裝配完成階段所追求的裝配界面接觸應(yīng)力分布均勻性，尚不是裝配界面形貌布局主動設(shè)計所調(diào)控的接觸應(yīng)力分布的直接目標(biāo)形態(tài)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中無法確定服役階段與裝配完成階段的裝配界面應(yīng)力分布關(guān)系，無法根據(jù)裝配界面服役工況設(shè)計裝配界面的問題，目的在于提出一種服役性能牽引的裝配界面理想預(yù)應(yīng)力分布反演設(shè)計方法及相關(guān)裝置，從均勻化的動態(tài)服役狀態(tài)接觸應(yīng)力分布反向演化出裝配界面的靜態(tài)理想接觸應(yīng)力分布，利于加工裝配界面。

2、為達到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、一種服役性能牽引的裝配界面理想預(yù)應(yīng)力分布反演設(shè)計方法，包括以下步驟：

4、在配合面上進行裝配界面形貌-應(yīng)力的特征映射，得到接觸壓力值與每個節(jié)點的相對坐標(biāo)；

5、根據(jù)接觸壓力值與靜態(tài)接觸應(yīng)力，進行靜態(tài)理想接觸應(yīng)力分布反演，得到靜態(tài)理想接觸應(yīng)力分布；

6、根據(jù)靜態(tài)理想接觸應(yīng)力分布，預(yù)測裝配界面靜態(tài)接觸應(yīng)力分布驅(qū)動的形貌布局。

7、本發(fā)明進一步的改進在于，進行配合面上裝配界面形貌-應(yīng)力的特征映射，得到接觸壓力值與每個節(jié)點的相對坐標(biāo)，包括以下步驟：

8、（1.1）對裝配界面劃分有限元網(wǎng)格，構(gòu)建裝配界面接觸分析有限元模型，施加邊界約束與載荷條件；

9、（1.2）執(zhí)行瞬態(tài)有限元接觸分析，選定一個周期次采樣，計算裝配界面上采樣時節(jié)點的接觸壓力值與平均接觸壓力；

10、（1.3）根據(jù)平均接觸壓力，計算接觸應(yīng)力方差；

11、（1.4）判斷接觸應(yīng)力方差，若滿足，為閾值，或優(yōu)化迭代步數(shù)滿足，為裝配界面有限元計算過程中的總節(jié)點數(shù)量，則迭代終止，得到每個節(jié)點的相對坐標(biāo)。

12、本發(fā)明進一步的改進在于，若或，則執(zhí)行步驟（1.5）；

13、（1.5）設(shè)置開展主動調(diào)整形貌的區(qū)域，以節(jié)點相對坐標(biāo)作為理論分析時的優(yōu)化設(shè)計變量，設(shè)置放大因子和縮小因子，在新的優(yōu)化迭代步中，主動調(diào)節(jié)的節(jié)點相對坐標(biāo)值的優(yōu)化方式與更新方式如下，更新后刪除當(dāng)前外部載荷條件，根據(jù)參考接觸節(jié)點的接觸壓力值，計算在不受外載狀態(tài)下當(dāng)前形貌布局下每個節(jié)點的接觸應(yīng)力，根據(jù)參考接觸節(jié)點的接觸壓力值和節(jié)點的接觸應(yīng)力確定節(jié)點相對坐標(biāo)值；

14、（1.6）根據(jù)步驟（1.5）獲得的節(jié)點相對坐標(biāo)值，更新步驟（1.1）所述的裝配界面接觸分析有限元模型。

15、本發(fā)明進一步的改進在于，平均接觸壓力通過下式計算：

16、

17、式中：為裝配界面有限元計算過程中的總節(jié)點數(shù)量，為裝配界面上第次采樣時第個節(jié)點的接觸壓力值；

18、接觸應(yīng)力方差通過下式計算：

19、。

20、本發(fā)明進一步的改進在于，根據(jù)接觸壓力值與靜態(tài)接觸應(yīng)力，進行靜態(tài)理想接觸應(yīng)力分布反演，得到靜態(tài)理想接觸應(yīng)力分布，包括以下步驟：

21、（2.1）將第次采樣時第個節(jié)點的接觸壓力值作為動態(tài)服役狀態(tài)接觸應(yīng)力與靜態(tài)理想接觸應(yīng)力作為數(shù)據(jù)集進行預(yù)處理，并將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)劃分為訓(xùn)練集與驗證集；

22、（2.2）以u-net模型為基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，采用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立multi-bp-u-net模型；

23、（2.3）利用訓(xùn)練集數(shù)據(jù)和驗證集數(shù)據(jù)對multi-bp-u-net模型進行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練好的multi-bp-u-net模型；

24、（2.4）利用訓(xùn)練好的multi-bp-u-net模型對均勻狀態(tài)下的動態(tài)服役狀態(tài)接觸應(yīng)力分布進行反演，得到均勻狀態(tài)下靜態(tài)理想接觸應(yīng)力分布。

25、本發(fā)明進一步的改進在于，所述的multi-bp-u-net模型包括：

26、（2.2.1）特征提取模塊，包括輸入卷積層和bpupdown層，所述輸入卷積層用于提取輸入的多維數(shù)據(jù)適應(yīng)輸入維度；所述bpupdown用于根據(jù)輸入的多維數(shù)據(jù)適應(yīng)輸入維度，提取序列數(shù)據(jù)特征；

27、（2.2.2）收縮路徑模塊，包括多個bpupdown層，用于對所述序列特征信息進行降采樣處理；

28、（2.2.3）擴展路徑模塊，包括多個bpupdown層，用于上采樣處理；

29、（2.2.4）跳躍連接模塊，用于通過復(fù)制拼接的方式為上層傳遞下層的低級特征。

30、本發(fā)明進一步的改進在于，根據(jù)靜態(tài)理想接觸應(yīng)力分布，預(yù)測裝配界面靜態(tài)接觸應(yīng)力分布驅(qū)動的形貌布局，包括以下步驟：

31、（3.1）將靜態(tài)理想接觸應(yīng)力與相對坐標(biāo)值作為數(shù)據(jù)集進行預(yù)處理，并將預(yù)處理數(shù)據(jù)劃分為訓(xùn)練集與驗證集；

32、（3.2）以u-net模型為基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，采用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的全連接層建立multi-bp-u-net模型；

33、（3.3）利用步驟（3.1）所述訓(xùn)練集數(shù)據(jù)和所述驗證集數(shù)據(jù)對所述multi-bp-u-net模型進行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練好的所述multi-bp-u-net模型；

34、（3.4）將靜態(tài)理想接觸應(yīng)力分布輸入到訓(xùn)練好的所述multi-bp-u-net模型中，對形貌布局進行預(yù)測，得到靜態(tài)理想接觸應(yīng)力分布狀態(tài)下的形貌布局。

35、一種服役性能牽引的裝配界面理想預(yù)應(yīng)力分布反演設(shè)計系統(tǒng)，包括：

36、特征映射模塊，用于在配合面上進行裝配界面形貌-應(yīng)力的特征映射，得到接觸壓力值與每個節(jié)點的相對坐標(biāo)；

37、靜態(tài)理想接觸應(yīng)力分布反演模塊，用于根據(jù)接觸壓力值與靜態(tài)接觸應(yīng)力，進行靜態(tài)理想接觸應(yīng)力分布反演，得到靜態(tài)理想接觸應(yīng)力分布；

38、形貌布局預(yù)測模塊，用于根據(jù)靜態(tài)理想接觸應(yīng)力分布，預(yù)測裝配界面靜態(tài)接觸應(yīng)力分布驅(qū)動的形貌布局。

39、一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述的處理器執(zhí)行所述的計算機程序時實現(xiàn)所述的服役性能牽引的裝配界面理想預(yù)應(yīng)力分布反演設(shè)計方法。

40、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機程序，所述的計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)所述的服役性能牽引的裝配界面理想預(yù)應(yīng)力分布反演設(shè)計方法。

41、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果：

42、本發(fā)明中裝配界面形貌-應(yīng)力的特征映射步驟通過主動設(shè)計的方法調(diào)控裝配界面的接觸應(yīng)力狀態(tài)，可以實現(xiàn)動態(tài)服役狀態(tài)下接觸應(yīng)力分布的局部最優(yōu)解，并輸出蘊含豐富形貌-應(yīng)力之間特征信息的序列數(shù)據(jù)集。本發(fā)明通過從均勻化的動態(tài)服役狀態(tài)接觸應(yīng)力分布反向演化出裝配界面的靜態(tài)理想接觸應(yīng)力分布，并提出裝配界面形貌布局驅(qū)動的加工指導(dǎo)方案，實現(xiàn)改善機械裝備零部件服役狀態(tài)下的動態(tài)連接性能。本發(fā)明能夠得到裝配界面形貌布局，在在裝配界面上根據(jù)裝配界面形貌布局進行加工，可以有效提高裝配界面在動態(tài)服役狀態(tài)的連接性能均勻性，實現(xiàn)改善航空發(fā)動機等高端裝備零部件動態(tài)連接性能的目的。

43、進一步的，采用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，搭建multi-bp-u-net模型，以探尋有限元軟件輸出的動態(tài)服役狀態(tài)接觸應(yīng)力與靜態(tài)理想接觸應(yīng)力之間的內(nèi)在聯(lián)系，可以實現(xiàn)動態(tài)服役狀態(tài)下接觸應(yīng)力分布的全局最優(yōu)解，并預(yù)測出該解狀態(tài)下的形貌布局，提供相應(yīng)加工指導(dǎo)，且深度學(xué)習(xí)技術(shù)的訓(xùn)練與預(yù)測效率遠高于傳統(tǒng)有限元計算。