(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210862723.7 (22)申请日 2022.07.21 (71)申请人 武汉理工大 学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路 122号 (72)发明人 徐峰祥　王得伟　杜阔　邓香林　 (74)专利代理 机构 湖北武汉 永嘉专利代理有限 公司 42102 专利代理师 胡琳萍 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 双重变属性任意曲边截面的等强度桥壳结 构及其设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种双重变属性任意曲边截 面的等强度桥壳结构及其设计方法， 桥壳横截面 形状为任意曲边截面； 所述桥壳横截面的尺寸和 形状由统一的一组控制方程进行控制， 方程共8 个约束参数， 形状参数和尺寸参数各占4个。 沿着 桥壳长度方向， 所述桥壳横截面形状具体为中部 横截面设计成任意曲边形， 两端与轮毂轴承配合 段设计成外圆内椭圆环形； 横截面形状沿桥轴变 化具体表现为外圆内椭圆环形过渡到任意曲边 形。 相对于现有设计方法， 本发明桥壳截面形状 为任意式， 设计灵活， 可设计出多种目前未成出 现的桥壳新型截面； 相对于 现有的圆形桥壳具有 更高的抗弯曲特性； 相对于 现有的矩形桥壳不会 在截面上 出现应力集中现象。 权利要求书3页 说明书8页 附图6页 CN 115481482 A 2022.12.16 CN 115481482 A 1.一种双重变属性任意曲边截面的等强度桥壳结构， 其特征在于： 桥壳横截面形状为 任意曲边截面； 所述桥壳横截面的尺 寸和形状由统一的一组控制方程进 行控制， 方程共8个 约束参数， 形状参数和尺寸 参数各占4个。 2.根据权利要求1所述的双重变属性任意曲边截面的等强度桥壳结构， 其特征在于： 桥 壳横截面的控制方程 为： 其中， 各参数如下： 外轮廓宽2A， 高2B， 内轮廓宽2a， 高2b， 这四个参数控制截面尺寸的 大小； N1,N2,n1,n2为形状调和参数， 这四个参数控制截面的形状。 3.根据权利要求1所述的双重变属性任意曲边截面的等强度桥壳结构， 其特征在于： 每 个截面厚度大小沿周向和轴向不同。 4.根据权利要求1所述的双重变属性任意曲边截面的等强度桥壳结构， 其特征在于： 沿 着桥壳长度方向， 所述桥壳横截面形状具体为中部横截面设计成任意 曲边形， 两端与轮毂 轴承配合段设计成外圆内椭圆环形； 横截面形状沿桥轴变化具体表现为外圆内椭圆环形过 渡到任意曲边形。 5.一种双重变属性任意曲边截面的等强度桥壳结构设计方法， 其特 征在于包括： 步骤S1： 取长度方向一半桥壳作为设计对象， 左右对称设计整个桥壳结构； 步骤S2： 取一半桥壳上包含的关键截面进行优化设计， 确定桥壳横截面设计变量； 其 中， 桥壳横截面方程 为： 其中， 各参数如下： 外轮廓宽2A， 高2B， 内轮廓宽2a， 高2b， 这四个参数控制截面尺寸的 大小； N1,N2,n1,n2为形状调和参数， 这四个参数控制截面的形状； 步骤S3： 对该一半桥壳进行受力分析， 算出每 个截面的力矩； 步骤S4： 基于截面的力矩和尺寸参数约束进行截面设计变量确定， 然后再代入任意曲 边截面优化模型， 通过Matlab编程循环求出每个截面的最优尺寸和形状参数； 所述桥壳横 截面任意曲边截面优化模型为： 目标函数： 以截面 面积最小为目标mi n S； 设计变量： 以任意曲边截面控制方程的待定参数a、 b、 A、 B、 n1、 n2、 N1、 N2为设计变量； 约束条件 包括变量约束和最大应力值约束， 其中， 变量约束：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115481482 A 2h为截面厚度； 最大应力值约束： 步骤S5： 将最优解 集借助excel 导入inventor三维建模软件， 建立 起整个桥壳模型； 步骤S6： 将模型导入hypermesh进行有限元分析， 将应力结果与理论值比较， 得出出现 应力集中区域的应力集中系 数， 将系数导入任意 曲边截面优化模型再次求得最优解， 最终 设计出双重变属性任意曲边截面的等强度桥壳结构。 6.根据权利要求5所述的双重变属性任意曲边截面的等强度桥壳结构设计方法， 其特 征在于步骤S2中截面设计 变量按如下步骤确定： 设置第一变量赋值组构建截面模型并进行应力求解， 当应力求解结果满足强度要求 时， 采用第一变量组作为待优化设计 变量； 当采用第一变量赋值组构建的截面模型不满足强度要求 时， 设置第 二变量赋值组重新 构建截面模型并进行应力求解， 当重构截面模型 的应力求解结果满足强度要求时， 采用第 二变量组作为待优化设计 变量； 当采用第二变量赋值组构建的截面模型不满足强度要求 时， 设置第 三变量赋值组重新 构建截面模型并进行应力求解， 当重构截面模型 的应力求解结果满足强度要求时， 若采用 等厚或定厚方案进行优化设计时， 采用第三变量组作为待优化设计变量， 若采用变厚方案 进行优化设计时， 采用第四变量组作为待优化设计 变量； 当上述重构截面模型的应力求解结果不满足满足强度要求 时， 重新返回进行设置约束 条件， 从头开始确定截面待优化变量； 步骤S2各赋值组均包括对外轮廓宽2A， 高2B， 内轮廓宽2a， 高2b、 形状调和参数N1,N2, n1,n2的赋值； 各变量组至少包括变量和常量。 7.根据权利要求5或6所述的双重变属性任意曲边截面的等强度桥壳结构设计方法， 其 特征在于步骤S2四个 变量赋值组按照以下优化方案分别进行： S21： 当采用第一变量组作为待优化设计变量时， 形状调和参数和截面厚度取最小值， 只需要对截面的外观尺 寸变量A和B 进行优化， 也即确定外观尺寸变量A和B作为具体待优化 设计变量； S22： 当采用第二变量组作为待优化设计变量时， 截面厚度取最小值， 外观尺寸取最大 值， 截面按等厚桶型截面设计， 即确定两组形状调和参数N1,N2,n1,n2作为具体待优化设计 变量； S23： 当采用第三变量组作为待优化设计变量时， 截面外观尺寸取最大值， 即确定截面 的两组形状调和参数N1,N2,n1,n2和厚度h作为具体待优化设计 变量； S24： 当优化问题无法使用以上三种方案优化时， 则采用第四变量赋值组， 截面外观尺 寸取最大值， 即确定截面的两组形状调和参数N、 N2,n1,n2和内轮廓尺寸a,b作为具体待优化权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115481482 A 3