一种非对称截面传力结构的变形计算方法及装置与流程

1.本技术涉及发动机结构强度设计技术领域，尤其是涉及一种非对称截面传力结构的变形计算方法及装置。


背景技术：

2.并联涡轮组合循环发动机(tbcc)是将燃气涡轮发动机(涡喷/涡扇)和其它类型发动机(冲压发动机)组合在一起的动力装置，通常两个气流通道并列布置，具有多个分支传力路径，同时，为满足飞发一体化的设计要求，进气道和单边膨胀喷管均为二元结构且结构形式与飞机布局密切相关，而涡轮基、射流预冷段和冲压燃烧室均为轴对称结构。因此进气道、尾喷管、过渡段等部件的结构通常采用非对称截面或弯曲传力路径的不规则几何结构形式。这些非对称截面传力结构在工作状况下的变形与常规的涡喷、涡扇发动机的轴对称结构有显著区别。在开展这些非对称截面结构的设计过程中，需要根据其在复杂工况下的变形情况调整结构尺寸。
3.目前，通常采用有限元分析的方法对非对称截面传力结构的变形进行分析，该方法操作复杂，需要耗费大量的时间、精力与资源才能得到相对准确的计算结果。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供了一种非对称截面传力结构的变形计算方法及装置，以解决上述技术问题。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种非对称截面传力结构的变形计算方法，包括：
6.获取非对称截面传力结构的几何尺寸参数；所述非对称截面传力结构为方圆过渡结构、矩形变截面结构或矩形弯曲结构；
7.利用非对称截面传力结构对应的预先训练完成的变形计算模型，对非对称截面传力结构的几何尺寸参数进行处理，得到最大变形值；所述变形计算模型包括方圆过渡结构变形计算模型、矩形变截面结构变形计算模型和矩形弯曲结构变形计算模型；所述变形计算模型的训练样本集通过有限元分析得到。
8.进一步地，所述方圆过渡结构变形计算模型的输入包括方圆过渡结构的五个几何尺寸参数：长方形进口端的长h和宽w，圆形出口端的直径r，轴向长度l和壁厚d，所述方圆过渡结构变形计算模型的输出为方圆过渡结构的最大变形值，所述方圆过渡结构变形计算模型采用rbf神经网络。
9.进一步地，所述方圆过渡结构变形计算模型的训练步骤包括：
10.建立第一训练样本集，包括多个训练样本，每个训练样本包括：通过最优拉丁超立方抽样方法获取到的五个几何尺寸参数对应的方圆过渡结构样本，以及利用有限元分析得到方圆过渡结构样本的真实最大位移值；
11.利用rbf神经网络对方圆过渡结构样本的五个几何尺寸参数进行处理，得到预测最大位移值；
12.计算方圆过渡结构样本的真实最大位移值的真实位移和预测最大位移值的均方根误差，作为第一梯度函数；
13.利用第一梯度函数，对rbf神经网络的参数进行更新。
14.进一步地，所述矩形变截面结构变形计算模型的输入包括矩形变截面结构的六个几何尺寸参数：长方形进口端的长h和宽w，第一扫掠路径参数l1，第二扫掠路径参数l2，第三扫掠路径参数l3以及圆弧对应的圆心角α；所述矩形变截面结构变形计算模型的输出为矩形变截面结构的最大变形值，所述矩形变截面结构变形计算模型采用第一kriging模型。
15.进一步地，所述矩形变截面结构变形计算模型的训练步骤包括：
16.建立第二训练样本集，包括多个训练样本，每个训练样本包括：通过最优拉丁超立方抽样方法获取到的六个几何尺寸参数对应的矩形变截面结构样本，以及利用有限元分析得到矩形变截面结构样本的真实最大位移值；
17.利用第一kriging模型对矩形变截面结构样本的六个几何尺寸参数进行处理，得到预测最大位移值；
18.计算矩形变截面结构样本的真实最大位移值和预测最大位移值的均方根误差，作为第二梯度函数；
19.利用第二梯度函数，对第一kriging模型的参数进行更新。
20.进一步地，所述矩形弯曲结构变形计算模型的输入包括矩形弯曲结构的六个几何尺寸参数：长方形进口端的长h和宽w，第一扫掠路径参数l1，第二扫掠路径参数l2，第三扫掠路径参数l3以及圆弧对应的圆心角α；所述矩形弯曲结构变形计算模型的输出为矩形弯曲结构的最大变形值，所述矩形弯曲结构变形计算模型采用第二kriging模型。
21.进一步地，所述矩形弯曲结构变形计算模型的训练步骤包括：
22.建立第三训练样本集，包括多个训练样本，每个训练样本包括：通过最优拉丁超立方抽样方法获取到的六个几何尺寸参数对应的矩形弯曲结构样本，以及利用有限元分析得到矩形弯曲结构样本的真实最大位移值；
23.利用第二kriging模型对矩形弯曲结构样本的六个几何尺寸参数进行处理，得到预测最大位移值；
24.计算矩形弯曲结构样本的真实最大位移值和预测最大位移值的均方根误差，作为第三梯度函数；
25.利用第三梯度函数，对第二kriging模型的参数进行更新。
26.第二方面，本技术实施例提供了一种非对称截面传力结构的变形计算装置，包括：
27.获取单元，用于获取非对称截面传力结构的几何尺寸参数；所述非对称截面传力结构为方圆过渡结构、矩形变截面结构或矩形弯曲结构；
28.变形计算单元，用于利用非对称截面传力结构对应的预先训练完成的变形计算模型，对非对称截面传力结构的几何尺寸参数进行处理，得到最大变形值；所述变形计算模型包括方圆过渡结构变形计算模型、矩形变截面结构变形计算模型和矩形弯曲结构变形计算模型；所述变形计算模型的训练样本集通过有限元分析得到。
29.第三方面，本技术实施例提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本技术实施例的方法。
30.第四方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现本技术实施例的方法。
31.本技术能够提高非对称截面传力结构的变形计算的速度和精度，同时操作简单，减少人为失误带来的影响。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本技术实施例提供的非对称截面传力结构的变形计算方法的流程图；
34.图2为本技术实施例提供的方圆过渡结构、矩形变截面结构和矩形弯曲结构示意图；
35.图3为本技术实施例提供的矩形变截面结构的几何尺寸参数示意图；
36.图4为本技术实施例提供的矩形弯曲结构几何尺寸参数示意图；
37.图5为本技术实施例提供的非对称截面传力结构的变形计算装置的功能结构图；
38.图6为本技术实施例提供的电子设备的功能结构图。
具体实施方式
39.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
40.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
41.首先对本技术实施例的设计思想进行简单介绍。
42.目前，通常采用有限元分析的方法对非对称截面传力结构的变形进行分析，该方法操作复杂，需要耗费大量的时间、精力与资源才能得到相对准确的计算结果，此外，不同的操作人员由于人为因素，会产生不同的计算结果。
43.为此，本技术提供一种非对称截面传力结构的变形计算方法，将机器学习方法应用于结构设计分析，首先，基于有限元分析软件开展单次仿真分析并进行网格收敛性分析，建立参数化建模、批量开展有限元分析、结果提取的参数化脚本，另外还开发了可视化插件供结构设计人员方便使用。然后，在参数设计空间中抽取样本点，并基于脚本，建立训练样本集和验证样本集，最后，基于训练样本集建立代理模型，基于验证样本集验证模型精度。最后，用户可以基于该代理模型开展批量化参数组合的变形预测工作。
44.本技术在保证高精度预测的同时，能够大大提高结构设计效率，同时操作简单，减少了人为失误带来的影响。
45.在介绍了本技术实施例的应用场景和设计思想之后，下面对本技术实施例提供的技术方案进行说明。
46.如图1所示，本技术实施例提供了一种非对称截面传力结构的变形计算方法，包括：
47.步骤101：获取非对称截面传力结构的几何尺寸参数；所述非对称截面传力结构为方圆过渡结构、矩形变截面结构或矩形弯曲结构；
48.方圆过渡结构、矩形变截面结构或矩形弯曲结构如图2所示，其计算工况是一端固支，一端自由，载荷为轴、弯、扭、外压、内压组合工况。
49.步骤102：利用非对称截面传力结构对应的预先训练完成的变形计算模型，对非对称截面传力结构的几何尺寸参数进行处理，得到最大变形值；
50.其中，所述变形计算模型包括方圆过渡结构变形计算模型、矩形变截面结构变形计算模型和矩形弯曲结构变形计算模型。
51.所述方圆过渡结构变形计算模型的输入包括方圆过渡结构的五个几何尺寸参数：长方形进口端的长h和宽w，圆形出口端的直径r，轴向长度l(从长方形进口端到圆形出口端的距离)和壁厚d，所述方圆过渡结构变形计算模型的输出为方圆过渡结构的最大变形值，所述方圆过渡结构变形计算模型采用rbf神经网络。
52.所述方圆过渡结构变形计算模型的训练步骤包括：
53.建立第一训练样本集，包括多个训练样本，每个训练样本包括：通过最优拉丁超立方抽样方法获取到的五个几何尺寸参数对应的方圆过渡结构样本，以及利用有限元分析得到方圆过渡结构样本的真实最大位移值；其中，位移值是指方圆过渡结构的任一点的初始位置和施加载荷后变形位置的距离。
54.利用rbf神经网络对方圆过渡结构样本的五个几何尺寸参数进行处理，得到预测最大位移值；
55.计算方圆过渡结构样本的真实最大位移值的真实位移和预测最大位移值的均方根误差，作为第一梯度函数；
56.利用第一梯度函数，对rbf神经网络的参数进行更新。
57.如图3所示，所述矩形变截面结构变形计算模型的输入包括矩形变截面结构的六个几何尺寸参数：长方形进口端的长h和宽w(未示出)，第一扫掠路径参数l1，第二扫掠路径参数l2，第三扫掠路径参数l3以及圆弧对应的圆心角α，其中，出口端长方形的宽度不变，长度可根据第一扫掠路径参数l1，第二扫掠路径参数l2，第三扫掠路径参数l3以及圆弧对应的圆心角α计算得到；所述矩形变截面结构变形计算模型的输出为矩形变截面结构的最大变形值，所述矩形变截面结构变形计算模型采用第一kriging模型。
58.所述矩形变截面结构变形计算模型的训练步骤包括：
59.建立第二训练样本集，包括多个训练样本，每个训练样本包括：通过最优拉丁超立方抽样方法获取到的六个几何尺寸参数对应的矩形变截面结构样本，以及利用有限元分析得到矩形变截面结构样本的真实最大位移值；
60.利用第一kriging模型对矩形变截面结构样本的六个几何尺寸参数进行处理，得到预测最大位移值；
61.计算矩形变截面结构样本的真实最大位移值和预测最大位移值的均方根误差，作
access memory，ram)3021和/或高速缓存存储器3022，还可以进一步包括只读存储器(read only memory，rom)3023。
78.存储器302还可以包括具有一组(至少一个)程序模块3025的程序工具3024，程序模块3025包括但不限于：操作子系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
79.电子设备300也可以与一个或多个外部设备304(例如键盘、遥控器等)通信，还可以与一个或者多个使得用户能与电子设备300交互的设备通信(例如手机、电脑等)，和/或，与使得电子设备300与一个或多个其它电子设备300进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等)通信。这种通信可以通过输入/输出(input/output，i/o)接口305进行。并且，电子设备300还可以通过网络适配器306与一个或者多个网络(例如局域网(local area network，lan)，广域网(wide area network，wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图6所示，网络适配器306通过总线303与电子设备300的其它模块通信。应当理解，尽管图6中未示出，可以结合电子设备300使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、磁盘阵列(redundant arrays of independent disks，raid)子系统、磁带驱动器以及数据备份存储子系统等。
80.需要说明的是，图6所示的电子设备300仅仅是一个示例，不应对本技术实施例的功能和使用范围带来任何限制。
81.本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现本技术实施例提供的非对称截面传力结构的变形计算方法。
82.此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本技术方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
83.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
84.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种非对称截面传力结构的变形计算方法，其特征在于，包括：获取非对称截面传力结构的几何尺寸参数；所述非对称截面传力结构为方圆过渡结构、矩形变截面结构或矩形弯曲结构；利用非对称截面传力结构对应的预先训练完成的变形计算模型，对非对称截面传力结构的几何尺寸参数进行处理，得到最大变形值；所述变形计算模型包括方圆过渡结构变形计算模型、矩形变截面结构变形计算模型和矩形弯曲结构变形计算模型；所述变形计算模型的训练样本集通过有限元分析得到。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方圆过渡结构变形计算模型的输入包括方圆过渡结构的五个几何尺寸参数：长方形进口端的长h和宽w，圆形出口端的直径r，轴向长度l和壁厚d，所述方圆过渡结构变形计算模型的输出为方圆过渡结构的最大变形值，所述方圆过渡结构变形计算模型采用rbf神经网络。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方圆过渡结构变形计算模型的训练步骤包括：建立第一训练样本集，包括多个训练样本，每个训练样本包括：通过最优拉丁超立方抽样方法获取到的五个几何尺寸参数对应的方圆过渡结构样本，以及利用有限元分析得到方圆过渡结构样本的真实最大位移值；利用rbf神经网络对方圆过渡结构样本的五个几何尺寸参数进行处理，得到预测最大位移值；计算方圆过渡结构样本的真实最大位移值的真实位移和预测最大位移值的均方根误差，作为第一梯度函数；利用第一梯度函数，对rbf神经网络的参数进行更新。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述矩形变截面结构变形计算模型的输入包括矩形变截面结构的六个几何尺寸参数：长方形进口端的长h和宽w，第一扫掠路径参数l1，第二扫掠路径参数l2，第三扫掠路径参数l3以及圆弧对应的圆心角α；所述矩形变截面结构变形计算模型的输出为矩形变截面结构的最大变形值，所述矩形变截面结构变形计算模型采用第一kriging模型。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述矩形变截面结构变形计算模型的训练步骤包括：建立第二训练样本集，包括多个训练样本，每个训练样本包括：通过最优拉丁超立方抽样方法获取到的六个几何尺寸参数对应的矩形变截面结构样本，以及利用有限元分析得到矩形变截面结构样本的真实最大位移值；利用第一kriging模型对矩形变截面结构样本的六个几何尺寸参数进行处理，得到预测最大位移值；计算矩形变截面结构样本的真实最大位移值和预测最大位移值的均方根误差，作为第二梯度函数；利用第二梯度函数，对第一kriging模型的参数进行更新。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述矩形弯曲结构变形计算模型的输入包括矩形弯曲结构的六个几何尺寸参数：长方形进口端的长h和宽w，第一扫掠路径参数l1，第二扫掠路径参数l2，第三扫掠路径参数l3以及圆弧对应的圆心角α；所述矩形弯曲结构变形
计算模型的输出为矩形弯曲结构的最大变形值，所述矩形弯曲结构变形计算模型采用第二kriging模型。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述矩形弯曲结构变形计算模型的训练步骤包括：建立第三训练样本集，包括多个训练样本，每个训练样本包括：通过最优拉丁超立方抽样方法获取到的六个几何尺寸参数对应的矩形弯曲结构样本，以及利用有限元分析得到矩形弯曲结构样本的真实最大位移值；利用第二kriging模型对矩形弯曲结构样本的六个几何尺寸参数进行处理，得到预测最大位移值；计算矩形弯曲结构样本的真实最大位移值和预测最大位移值的均方根误差，作为第三梯度函数；利用第三梯度函数，对第二kriging模型的参数进行更新。8.一种非对称截面传力结构的变形计算装置，其特征在于，包括：获取单元，用于获取非对称截面传力结构的几何尺寸参数；所述非对称截面传力结构为方圆过渡结构、矩形变截面结构或矩形弯曲结构；变形计算单元，用于利用非对称截面传力结构对应的预先训练完成的变形计算模型，对非对称截面传力结构的几何尺寸参数进行处理，得到最大变形值；所述变形计算模型包括方圆过渡结构变形计算模型、矩形变截面结构变形计算模型和矩形弯曲结构变形计算模型；所述变形计算模型的训练样本集通过有限元分析得到。9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7任一项所述的方法。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的方法。

技术总结
本申请提供了一种非对称截面传力结构的变形计算方法及装置，涉及发动机结构强度设计技术领域，所述方法包括：获取非对称截面传力结构的几何尺寸参数；所述非对称截面传力结构为方圆过渡结构、矩形变截面结构或矩形弯曲结构；利用非对称截面传力结构对应的预先训练完成的变形计算模型，对非对称截面传力结构的几何尺寸参数进行处理，得到最大变形值；所述变形计算模型包括方圆过渡结构变形计算模型、矩形变截面结构变形计算模型和矩形弯曲结构变形计算模型；所述变形计算模型的训练样本集通过有限元分析得到。本申请能够提高非对称截面传力结构的变形计算的速度和精度，同时操作简单，减少人为失误带来的影响。减少人为失误带来的影响。减少人为失误带来的影响。


技术研发人员：巩萃颖 付强 谢健 梁仕飞 桂丰 李中龙 韦劲科 梁钰
受保护的技术使用者：中国航发四川燃气涡轮研究院
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/8/1