(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 202211085504.9 (22)申请日 2022.09.06 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 申请人 苏州微著设备诊断技 术有限公司 (72)发明人 王琇峰　王继承　郭美娜　殷东升　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 专利代理师 贺建斌 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种基于实测温度信息的旋转设备热变形 有限元求 解方法 (57)摘要 一种基于实测温度信息的旋转设备热变形 有限元求解方法， 通过构建旋转设备有限元模 型， 以热源处温度载荷作为输入， 实时调整旋转 设备部件间接触面导热系数， 用多点实测温度值 与模拟值进行优化检验， 计算出旋转设备全固体 模型的温度场； 最后将计算的温度场施加在旋转 设备模型求解其热变形； 本发明解决现有的对旋 转设备模型施加对流换热边界计算复杂， 进而导 致旋转设备热变形计算效率低的问题， 在保证计 算精度的前提下， 有效利用工业现场实测温度数 据， 大幅提高计算旋转设备温度场及热变形效 率。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115455769 A 2022.12.09 CN 115455769 A 1.一种基于实测温度信息的旋转设备热变形有限元求解方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 步骤一， 在建模软件NX中构建旋转设备3D实体模型， 对旋转设备结构进行简化， 在NX软 件将实体模型导出为 通用模型格式文件； 步骤二， 温度场计算前处 理； 步骤三， 从各个温度测点中选取靠近热源处的温度作为模型温度载荷输入， 回油温度 作为温度边界限制条件； 步骤四， 简化辐射换热、 对流换热， 调整各个部件之间的接触面热传导， 采用导热系数 与温度、 压力相关的接触面导热代替流体对流换热和辐 射换热效应， 即选取一个复合接触 面导热系数代替所承受辐射换 热和对流换 热， 进行全固体模型温度场计算； 步骤五， 进行 热态形变 计算前处 理； 步骤六， 在有限元网格 计算模型中提交热态形变 计算请求， 求 解旋转设备 热态形变。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤一中对旋转设备进行几何建模时， 根 据其结构对称性， 以子 午面为对称面， 取其 一半。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述的步骤二具体包括： 2.1)将通用模型格式文件导入到有限元分析软件Abaqus进行， 在Abaqus的材料属性模 块给旋转设备部件定义物性参数， 物性参数包括热传导系数、 材料密度、 热膨胀率、 杨氏模 量、 比热容； 2.2)将步骤2.1)导入的旋转设备3D实体模型进行网格划分； 2.3)按照实际旋转设备启机过程、 停机过程各个工况依次建立瞬态热传递分析步， 启 机前冷态、 满功率状态、 停机后冷态为稳态热传递分析步。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 步骤2.2)中所述的网格划分， 由于旋转设 备轴承座内部通有冷却润滑油管道， 对其内部进行区分划网格， 在形状极其不规则的地方 使用四面体网格， 其 余部分使用六面体网格。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤三中温度载荷输入取接近热源处 的温 度作为温度载荷， 另外由于润滑冷却油带 走大量热量， 将回油温度作为 边界温度约束。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述的步骤四具体包括： 4.1)根据局部温度的二次多项式函数初步确定各个接触对之间的复合接触面导热系 数初值； 第i个接触对间 复合接触面 导热系数 λi*(t)定义为局部温度的二次多 项式函数： λi*(t)＝A1T2+A2T+A3 上式中t为时间， T为局部温度， 其余3个参数A1、 A2、 A3需要通过多点温度测量值进行优 化修正； 4.2)在有限元网格 计算模型中添加温度场计算请求， 求 解初始温度场； 4.3)在瞬态传热模型中选取其余N个未被当做温度载荷输入的测点作为优化测点， 在 传热过程中选取M个均匀分布的时间点， 在每个时间点上输出N个测点温度， 设第n个测点在 第t个时间点上通过有限元仿真得到 的温度为 实测温度为 则第n个测点在第t个 时间点上的温度差值 为 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115455769 A 2定义误差函数： 各个接触对之间复合接触面导热系数A1、 A2、 A3参数的识别方法就是将误差函数式最小 化， 目标函数为: 4.4)判断优化是否收敛， 即计算仿真模拟温度与相同位置实测 温度值之间的误差， 如 果误差小于预设的误差阈值则确认温度场， 输出温度场结果文件， 否则根据误差值出一组 新的参数， 返回步骤4.2)。 7.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述的步骤五具体包括： 5.1)在建立的温度场 求解模型基础上， 将步骤四温度求解分析类型修改为通用形变求 解分析； 5.2)定义旋转设备部件接触面之间的接触作用方式， 包括摩擦属性； 5.3)添加位移边界条件， 对称约束， 添加重力场， 将步骤四计算的温度场施加在旋转设 备模型； 5.4)更改网格 类型为形变 应力求解类型。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115455769 A 3