(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 202210753346.3 (22)申请日 2022.06.28 (71)申请人 燕山大学 地址 066004 河北省秦皇岛市河北 大街西 段438号 (72)发明人 姚静　王定煜　何蔼雯　张昊　 郝金鹿　赵志成　张熙堃　 (74)专利代理 机构 北京孚睿湾知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11474 专利代理师 刘翠芹 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06T 17/00(2006.01) G06F 111/04(2020.01)G06F 111/06(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 用于弹性液压油箱壳体形状及尺寸参数的 优化设计方法 (57)摘要 本发明提供一种用于弹性液压油箱壳体形 状及尺寸参数的优化设计方法， 具体步骤为： 根 据油箱容积和工作压力， 得到油箱壳体的最优形 状； 建立油箱壳体的数学模型； 通过对油箱壳体 进行分析， 得到环向应力、 轴向应力和质量三个 性能指标参数模型， 确定待优化参数， 并以最小 环向应力、 轴向应力和质量为优化目标函数； 在 加工尺寸和油箱容积的约束下， 采用多目标优化 算法对油箱结构进行多目标优化， 得到最优参数 解集； 根据综合评价函数得到油箱最优结构， 并 在强度校核后， 得到最优形状及尺寸参数。 本发 明在满足油液需求和油箱许用压力下， 既满足油 箱壳体的强度又能减 轻其重量， 有效降低油箱壳 体的设计加工成本， 并 能得到不同需求的高性能 弹性液压油箱壳体 。 权利要求书3页 说明书12页 附图4页 CN 115034018 A 2022.09.09 CN 115034018 A 1.一种用于弹性液压油箱壳体形状及尺寸参数的优化设计方法， 其特征在于， 具体实 施步骤如下： S1、 根据弹性液压油箱结构容积和内部的工作压力， 确定弹性液压油箱壳体的形状： S11、 在弹性液压油箱容积一定情况下， 分别建立弹性液压油箱的三角形、 圆柱形和椭 圆形壳体的三维模型； S12、 以弹性液压油箱在工作状态下的最大工作压力为约束条件， 对S11建立的三种不 同形状的弹性液压油箱进行流固耦合分析， 分别得到不同形状的弹性液压油箱的最大变 形、 最大应力和最大应 变三个参数； S13、 将S12中得到的不同形状下弹性液压油箱的最大变形参数、 最大应力参数和最大 应变参数进行对比， 并以不同形状在三个参数下 的值最小为约束条件， 得到油 箱壳体的最 优形状； S2、 建立弹性液压油箱壳体容积的数 学模型： S21、 根据弹性液压油箱壳体的基础参数及几何关系， 确定弹性液压油箱壳体的容积， 所述容积表达式为： 其中， r为壳体内壁圆弧半径， h为壳体内壁半高度， A为壳体内壁弧圆点距中轴线距离； S22、 根据弹性液压油箱壳体数学模型中的无关变量， 将壳体壁厚t、 壳体内壁圆弧的半 夹角 θ、 壳体内壁圆弧的半径r和壳体密封端面圆的半径R作为弹性液压油箱壳体形状的优 化参数； S3、 根据壳体环向应力、 壳体轴向应力和壳体质量， 建立弹性液压油箱壳体性能指标参 数模型并确立优化目标函数； S4、 分别根据弹性液压油箱壳体的容积和 加工尺寸建立约束条件； S5、 在S3的多目标优化函数和S4的约束条件下， 利用多目标优化算法对弹性液压油箱 壳体进行优化， 得到弹性液压油 箱壳体在壳体环向应力最小、 壳体轴向应力最小和壳体质 量最小三个优化目标 下的最优解 集； S6、 根据壳体环向应力、 壳体轴向应力和壳体质量， 建立弹性液压油箱壳体的综合评价 函数， 并对弹性液压油箱壳体的最优解 集进行分析， 得到弹性液压油箱壳体最优结构参数； S7、 对S6得到的弹性液压油箱壳体最优结构参数进行强度 校核， 若强度合格， 则得到弹 性液压油箱壳体的最优结构和最优结构参数； 若强度不 合格， 则返回S6 。 2.根据权利要求1所述的用于弹性液压油箱壳体形状及尺寸参数的优化设计方法， 其 特征在于， 在S21中， 所述弹性液压油箱壳体的基础参数， 其包括密封端面圆半径R、 内壁圆 弧半径r、 椭圆部 分的弧长L、 内壁弧圆点距中轴线距离A和内壁弧圆点距中轴线距离与密封 端面圆半径的差值B。 3.根据权利要求1所述的用于弹性液压油箱壳体形状及尺寸参数的优化设计方法， 其 特征在于， 在S22中， 壳体壁厚t的变量范围为4mm ‑10mm、 壳体内壁圆弧的半夹角 θ 的变量范 围为15‑90°、 壳体内壁圆弧的半径r的变量范围为20 ‑130mm和壳体密封端面圆的半径R的变 量范围为 40‑140mm。 4.根据权利要求1所述的用于弹性液压油箱壳体形状及尺寸参数的优化设计方法， 其权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115034018 A 2特征在于， 所述 步骤S3的具体步骤 包括： S31、 根据弹性液压油箱壳体纵向切开后横截面处的受力， 建立以优化参数表示的壳体 环向应力的表达式如下： 其中， σθ为壳体环向应力， p为油箱壳体最大工作压力， R为壳体密封端面圆半径， t为壳 体壁厚， r为壳体内壁圆弧半径， θ 为壳体内壁圆弧半夹角； S32、 根据弹性液压油箱壳体正中轴处横向切开后的横截面处受力分析， 建立以优化参 数表示的壳体轴向应力的表达式如下： 其中， σz为壳体轴向应力； p为油箱壳体最大工作压力， R为壳体密封端面圆半径， t为壳 体壁厚， r为壳体内壁圆弧半径， θ 为壳体内壁圆弧半夹角； S33、 根据弹性液压油箱壳体的容积与油箱壳体材料的密度， 建立弹性液压油箱壳体质 量的表达式如下： 其中， mrubber为壳体质量， ρ 为油箱壳体材料的密度， R为壳体密封端面圆半径， t为壳体 壁厚， r为壳体内壁圆弧半径， θ 为壳体内壁圆弧半夹角， a为圆环宽度， b为圆环厚度； S34、 根据S31、 S32和S33建立的表达式， 建立弹性液压油箱壳体的多目标优化函数的表 达式如下： f＝min(f1,f2,f3)。 5.根据权利要求1所述的用于弹性液压油箱壳体形状及尺寸参数的优化设计方法， 其 特征在于， 在步骤S4中， 所述 容积约束条件表达式如下： 其中， V为油箱壳体的容积， R为壳体密封端面圆半径， r为壳体内壁圆弧半径， θ为壳体 内壁圆弧半夹角； 所述加工尺寸约束条件表达式如下：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115034018 A 3