(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 202211092346.X (22)申请日 2022.09.08 (71)申请人 龚钞 地址 400054 重庆市开州区郭家镇羊岭村7 组86号 (72)发明人 龚钞　宋艳洁　 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06N 3/12(2006.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于UG和Workbench的曲轴结构 优化方 法 (57)摘要 本发明公开了一种基于UG和Workbench的曲 轴结构优化方法， 能基于UG和Workbench平台， 以 UG中建立的参数化曲轴几何模型为对象， 联合 Workbench中的DM模块、 Static  Structural分析 模块、 Response  Surface Optimization模块， 搭 建整个优化环境。 首先， 建立参数化曲轴几何模 型， 并搭建好仿真优化环境。 其次， 确定不同工况 下的曲轴载荷条件， 结合静强度分析确定曲轴运 转过程中的最危险工况， 以此作为优化的基本环 境工况。 最后， 选取设计变量、 确定优化目标、 得 到约束条件， 安排试验设计方案， 以Kriging法构 建各目标关于各变量的响应面， 以遗传算法寻找 Pareto前沿， 确定最优值， 并代回计算模型进行 验证。 与以往的优化方法相比， 该方法不仅可 以 找到最优的曲轴结构尺寸， 而且操作也更加简单 快捷。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 115186563 A 2022.10.14 CN 115186563 A 1.一种基于UG和W orkbench的曲轴结构优化方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： （1） 在UG中建立曲轴的参数化几何模型， 搭建UG和W orkbench数据互通的仿真环境； （2） 计算 不同工况 下的曲轴载荷条件， 确定曲轴运 转过程中的最 危险工况； （3） 确定曲轴尺寸优化的设计 变量、 约束条件及优化目标； （4） 安排试验设计方案， 构建各变量与各目标的响应面， 寻找最优值。 2.根据权利要求1所述的一种基于UG和Workbench的曲轴结构优化方法， 其特征在于， 所述步骤 （1） 中， 构建曲轴的参数化几何模型， 通过参数变量来控制生 成不同尺寸的曲轴几 何模型。 3.根据权利要求1所述的一种基于UG和Workbench的曲轴结构优化方法， 其特征在于， 所述步骤 （1） 中， 通过UG选项卡进入Workbench， 并添加DM模块、 Static  Structural分析模 块、 Respo nse Surface Optimizati on模块， 搭建整个优化环境。 4.根据权利要求1所述的一种基于UG和Workbench的曲轴结构优化方法， 其特征在于， 所述步骤 （2） 中， 根据曲轴 ‑连杆系统的尺寸， 推导出不同工况 下的曲轴所受连 杆力。 5.根据权利要求1所述的一种基于UG和Workbench的曲轴结构优化方法， 其特征在于， 所述步骤 （2） 中， 在Static  Structural分析模块中， 添加材料属性、 划分网格、 约束边界条 件、 设置摩擦接触、 输入连杆力， 以多载荷步的方式求解不同工况下 的曲轴应力、 变形等分 布情况， 其中每一个载荷步代 表一个工况 下的曲轴受力情况。 6.根据权利要求1所述的一种基于UG和Workbench的曲轴结构优化方法， 其特征在于， 所述步骤 （3） 中， 以参数化建模过程中的尺 寸变量作为设计变量， 以静强度分析结果中的最 大应力值、 最大变形量 等作为优化目标， 以几何模型生成的最大限制条件最 为约束条件。 7.根据权利要求1所述的一种基于UG和Workbench的曲轴结构优化方法， 其特征在于， 所述步骤 （4） 中， 在Design  of Experiments中自定义试验设计方案， 要求在约束范围内尽 可能均匀地 安排试验方案， 并批量计算， 得到试验结果。 8.根据权利要求1所述的一种基于UG和Workbench的曲轴结构优化方法， 其特征在于， 所述步骤 （4） 中， 在Response  Surface中以Kriging法构建曲轴的各优化目标关于各设计变 量的响应面， 并应用多目标遗传算法寻找Pareto前沿， 最终根据对各目标的重要性权衡确 定最优结果。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115186563 A 2一种基于UG和Workbench的曲轴结构优化方 法 技术领域 [0001]本发明涉及结构设计与优化领域， 尤其涉及一种基于UG和 Workbench的曲轴结构 优化方法。 背景技术 [0002]曲轴是传动端中最重要的受力零件之一， 主要用于把原动机的旋转运动转化为活 塞的往复运动， 把原动机传来的机械能传递给 活塞， 其在工作期间的平稳运行， 对于传动端 的动力运输 至关重要。 [0003]传统的曲轴结构设计通常采用理论经验 公式来估算出大概的结构尺寸， 然后校核 其强度和刚度是否满足需要， 设计工作繁琐并且不够精确， 校核结果与实际工作中存在偏 差。 特别是， 在设计过程中， 为了 保证设计结构的强度， 往往会给结构尺寸更大的安全系数， 这将导致曲轴结构呈现 “傻大黑粗 ”的样式。 虽然这种做法可以满足曲轴的寿命要求， 但同 时也给结构尺寸带来很大的富余量， 不仅给制造厂商增加材料成本， 造成环境资源浪费， 也 给产品使用方 带来更大的能源消耗。 [0004]通常传统的曲轴尺寸优化方法有两种。 一是通过有限元仿真确定危险位置， 然后 根据设计经验对危险位置处的尺寸进行缩减， 以到达优化 目的。 二是通过控制 变量法的方 法， 使用三维建模软件构建多个不同的几何模型， 对所有不同的几何模型依 次通过仿真软 件进行强度分析， 探索不同变量对于强度的影响灵敏性， 从而确定更合理的尺 寸参数。 方法 一中的优化过程完全是设计人员根据经验进行 的试探性优化， 并不能找到最优结果。 而方 法二的操作过程较为繁琐， 存在大量的重复操作过程， 不仅会浪费大量的时间成本， 甚至在 优化过程中出现错 误也很难发现。 发明内容 [0005]本发明的目的是提供一种基于UG和 Workbench的曲轴结构优化方法， 其不仅可以 清晰地表示出设计变量与优化 目标之间的数学函数关系， 便于寻找确定最优设计方案。 而 且简化了曲轴优化的繁琐过程， 实现曲轴优化过程中不同几何模型的自动生成与批量化计 算。 [0006]技术方案： 本发明的一种基于UG和W orkbench的曲轴结构优化方法包括如下步骤： S1： 在UG中建立曲轴的参数化几何模型， 搭建UG和Workbench数据互通的仿真环 境； S2： 计算不同工况 下的曲轴载荷条件， 确定曲轴运 转过程中的最 危险工况； S3： 确定曲轴尺寸优化的设计 变量、 约束条件及优化目标； S4： 安排试验设计方案， 构建各变量与各目标的响应面， 寻找最优值； 进一步地， 步骤S1中， 建立参数化几何模型时， 应通过参数变量来控制几何模型的 尺寸变化， 同时变量名须增加前缀 “DS_”， 以便Wor kbench能够识别UG中赋予的变量， 实现两 者间的数据互通。说　明　书 1/5 页 3 CN 115186563 A 3