面向轴承数字孪生基于网格变形的单点缺陷高效建模方法与流程

本发明涉及轴承数值仿真，具体涉及一种面向轴承数字孪生基于网格变形的单点缺陷高效建模方法。

背景技术：

1、风机主轴作为风力发电机的核心旋转部件，主轴轴承一旦发生故障，可能会导致主轴受力不均匀、转轴中心偏转等现象，进而致使风机长时间停机，产生高昂的维修成本。对于风机而言，健康稳定的风机主轴轴承十分重要。

2、即使分析模型可以提供良好的方法，但是只有进行仔细建模的有限元模型才能获得准确的结果，风电机组制造商往往需要对轴承进行昂贵的有限元分析。为降低成本，简化有限元建模的技术是非常重要和关键的。

3、现有技术存在的问题：1)轴承表面是不规则曲面,在不规则曲面上的几何模型直接添加缺陷，生成含缺陷的几何模型困难；2)含缺陷的模型形状不规则，对含缺陷的几何模型绘制网格，保障网格质量和新几何模型收敛困难。

4、因此，亟需一种不需要直接在几何模型上添加缺陷，又可以生成质量较高的含缺陷网格模型的建模方法。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种面向轴承数字孪生基于网格变形的单点缺陷高效建模方法，解决了上述背景技术中提到的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种面向轴承数字孪生基于网格变形的单点缺陷高效建模方法，包括如下步骤：

3、s1、建立健康轴承几何模型，并对健康轴承几何模型划分网格；

4、s2、确定轴承单点缺陷添加位置，大小和形状；

5、s3、导出健康轴承几何模型有限元网格信息文件，即包含网格节点坐标及编号，单元坐标及编号，边界条件信息的文件；

6、s4、利用径向基函数(rbf)轻量化代理模型对网格信息文件进行部分修改，生成含缺陷的轴承网格信息文件；

7、s5、将含缺陷的网格信息文件重新导入有限元模型中，形成含缺陷有限元模型，并引入边界条件进行分析计算。

8、优选的，在步骤s3中，将不含缺陷的健康轴承网格文件用.inp格式导出，.inp是轴系子模型参数化文件，具体包括轴系子模型网格节点坐标及编号，单元坐标及编号，边界条件信息。

9、优选的，在步骤s4中，具体包括如下：

10、s41、运用abaqus命令流getbyboundingbox()，将需要网格变形的节点坐标从编号集中找出，利用编号在.inp中找出需要处理的节点；

11、s42、根据需要的缺陷的形状，构建训练集并生成需要的径向基函数(rbf)模型；

12、s43、将待处理的节点坐标放入训练好的径向基函数模型中生成新的节点集；

13、s44、用新的节点坐标替换.inp文件中旧的节点坐标，生成新的inp文件。

14、优选的，在步骤s4中，所述的径向基函数(rbf)，定义公式如下：

15、

16、其中h为某多项式，xi为网格的初始位置，即源点，为已知值，n为节点的个数，φ为径向基函数，系数γi和h由插值条件决定，即：

17、

18、

19、多项式h的最小次数取决于基函数的选择，当基函数是一个正定函数时，存在唯一插值解；如果基函数是阶数m≤2的正定函数时，则用线性多项式表示：

20、h(x)＝β+β1x+β2y+β3z (4)

21、rbf系数γ和线性多项式的系数β通过下式求解:

22、

23、其中g为源点处的已知量，m为通过计算所有源点之间的径向相互作用得到的插值矩阵，

24、

25、p是由源点处的已知量得到的约束矩阵：

26、

27、其中第一列为“1”，其余三列为源点的x、y、z位置，为已知量。

28、优选的，在步骤s5中，将新.inp文件模型导入abaqus中，形成含缺陷有限元模型；设置边界条件，提交含缺陷的模型文件进行分析，获得含缺陷模型结果。

29、另一方面，为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种面向轴承数字孪生基于网格变形的单点缺陷高效建模系统，所述建模系统包括：

30、健康轴承模型建立及划分模块、建立健康轴承几何模型，并对健康轴承几何模型划分网格；

31、缺陷添加信息确定模块、确定轴承单点缺陷添加位置，大小和形状；

32、信息文件导出模块、导出健康轴承几何模型有限元网格信息文件，即包含网格节点坐标及编号，单元坐标及编号，边界条件信息的文件；

33、径向基函数修改模块、利用径向基函数(rbf)轻量化代理模型对网格信息文件进行部分修改，生成含缺陷的轴承网格信息文件；

34、分析计算模块、将含缺陷的网格信息文件重新导入有限元模型中，形成含缺陷有限元模型，并引入边界条件进行分析计算。

35、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电子设备，所述电子设备包括：处理器；和存储器，用于存储一个或多个程序；

36、当所述一个或多个程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述的轴承单点缺陷建模方法。

37、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的轴承单点缺陷建模方法。

38、本发明的有益效果是：本发明方法通过径向基函数实现网格变形，不需要直接在几何模型上添加缺陷，又可以生成质量较高的含缺陷网格模型，能轻易实现轴承单点缺陷的有限元数值仿真模型的建立并对其进行分析，以便实现轴承数物融合的数字孪生。

技术特征：

1.一种面向轴承数字孪生基于网格变形的单点缺陷高效建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的面向轴承数字孪生基于网格变形的单点缺陷高效建模方法，其特征在于：在步骤s3中，将不含缺陷的健康轴承网格文件用.inp格式导出，.inp是轴系子模型参数化文件，具体包括轴系子模型网格节点坐标及编号，单元坐标及编号，边界条件信息。

3.根据权利要求1所述的面向轴承数字孪生基于网格变形的单点缺陷高效建模方法，其特征在于：在步骤s4中，具体包括如下：

4.根据权利要求1所述的面向轴承数字孪生基于网格变形的单点缺陷高效建模方法，其特征在于：在步骤s4中，所述的径向基函数rbf，定义公式如下：

5.根据权利要求1所述的面向轴承数字孪生基于网格变形的单点缺陷高效建模方法，其特征在于：在步骤s5中，将新.inp文件模型导入abaqus中，形成含缺陷有限元模型；设置边界条件，提交含缺陷的模型文件进行分析，获得含缺陷模型结果。

6.一种根据权利要求1-5中任一项所述的面向轴承数字孪生基于网格变形的单点缺陷高效建模方法的建模系统，其特征在于：所述建模系统包括：

7.一种电子设备，其特征在于：所述电子设备包括：处理器(210)；和存储器(220)，用于存储一个或多个程序；

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于：其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器(210)执行时实现如权利要求1-5中任一项所述的轴承单点缺陷建模方法。

技术总结本发明公开了一种面向轴承数字孪生基于网格变形的单点缺陷高效建模方法，包括如下步骤：建立健康轴承几何模型并划分网格；确定轴承单点缺陷添加位置，大小和形状；导出健康轴承几何模型有限元网格信息文件，即包含网格节点坐标及编号，单元坐标及编号，边界条件信息的文件；利用径向基函数(RBF)轻量化代理模型对网格信息文件进行部分修改，生成含缺陷的轴承网格信息文件并重新导入有限元模型中，形成含缺陷有限元模型，引入边界条件进行分析计算。本发明方法通过径向基函数实现网格变形，不需要直接在几何模型上添加缺陷，还能生成质量较高的含缺陷网格模型，能轻易实现轴承单点缺陷的有限元数值仿真模型的建立，以便实现轴承数物融合的数字孪生。技术研发人员：姜孝谟,赵海心,孙恩受保护的技术使用者：大连蓝雪智能科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29