CN111680370A - 液压阀的设计方法及设计装置 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种液压阀的设计方法及设计装置，属于液压元件设计开发领域。设计方法包括：获取液压阀的三维模型；在三维模型上对液压阀进行流体性能仿真；以流体性能仿真的仿真结果为输入，对液压阀进行***动态响应性能仿真；根据***动态响应性能仿真的仿真结果对液压阀的结构设计参数进行优化；以优化后的液压阀的结构设计参数建立结构强度仿真模型；以流体性能仿真的仿真结果作为结构外载荷输入，在结构强度仿真模型上对液压阀进行结构性能仿真；根据结构性能的仿真结果对液压阀的结构设计参数进行二次优化；根据二次优化后的液压阀的结构设计参数建立新的三维模型。该设计方法提高了液压阀性能仿真评价的全面性和准确性。
Description
技术领域
本公开涉及液压元件设计开发领域，特别涉及一种液压阀的设计方法及设计装置。
背景技术
液压阀被广泛的应用于各类船舶与海洋工程装备。液压阀可以用于调节和控制液压***的压力和速度。常用的液压阀包括主阀、平衡阀、单向阀、速度切换阀、补偿阀、卸荷阀和换向阀。
作为液压***里的重要元件，液压阀的安全性和可靠性要求较高，因此在设计开发过程中常需要反复对液压阀的流体性能、***性能和结构性能进行评价、验证和优化。然而目前针对液压阀的各性能仿真分析比较零散，最终的仿真分析结果不够准确，会影响液压阀的结构设计，导致液压阀的安全性和可靠性无法满足实际需求。
发明内容
本公开实施例提供了一种液压阀的设计方法及设计装置，固化了液压阀的全性能仿真方法，实现了液压阀各性能仿真流程的标准化、流程化、模板化，使用户可以按照该方法准确、快速地对液压阀的各性能进行仿真，保证设计出的液压阀的安全性和可靠性。所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种液压阀的设计方法，所述设计方法包括：
获取液压阀的三维模型；
在所述三维模型上对所述液压阀进行流体性能仿真，输出所述流体性能仿真的仿真结果；
以所述流体性能仿真的仿真结果为输入，对所述液压阀进行***动态响应性能仿真，输出所述***动态响应性能仿真的仿真结果；
根据所述***动态响应性能仿真的仿真结果对所述液压阀的结构设计参数进行优化；
以优化后的所述液压阀的结构设计参数建立结构强度仿真模型；
以所述流体性能仿真的仿真结果作为结构外载荷输入，在所述结构强度仿真模型上对所述液压阀进行结构性能仿真，输出所述结构性能仿真的仿真结果；
根据所述结构性能的仿真结果对所述液压阀的结构设计参数进行二次优化；
根据二次优化后的所述液压阀的结构设计参数，建立新的三维模型。
可选地，所述获取液压阀的三维模型，包括：
获取根据二次优化后的所述液压阀的结构设计参数建立的新的三维模型。
可选地，所述在所述三维模型上对所述液压阀进行流体性能仿真，输出所述流体性能仿真的仿真结果包括：
根据所述三维模型，确定所述液压阀的流体区域；
将所述流体区域划分为多个网格；
确定所述液压阀的进口流量和出口压力；
确定所述流体性能仿真的求解参数，所述求解参数包括收敛精度或迭代步数中的至少一种；
根据所述液压阀的进口流量和出口压力、以及所述求解参数对所述液压阀进行所述流体性能仿真，所述流体性能仿真的仿真结果包括各个所述网格对应的所述流体区域的压力和流量大小。
可选地，所述以所述流体性能仿真的仿真结果作为结构外载荷输入，在所述结构强度仿真模型上对所述液压阀进行结构性能仿真，输出所述结构性能仿真的仿真结果，包括：
将各个所述网格对应的所述流体区域的压力分布导入到所述结构强度仿真模型中，在所述结构强度仿真模型上进行单向流固耦合仿真，输出液压阀结构性能仿真得到仿真结果，所述结构性能仿真的仿真结果包括所述液压阀中各元件所受应力和变形。
可选地，所述以所述流体性能仿真的仿真结果为输入，对所述液压阀进行***动态响应性能仿真，输出所述***动态响应性能仿真的仿真结果，包括：
将所述液压阀分成阀口流动部位、控制油腔体、弹簧腔及阀芯四个部分；
建立所述四个部分的一维模型或二维模型；
将所述液压阀中的各个元件按照液压原理图通过管道模型连接，以流体仿真结果为输入参数，对所述液压阀进行液压阀***动态响应性能仿真，所述***动态响应性能仿真的仿真结果包括所述液压阀的各个阀口的压力响应曲线和流量响应曲线。
另一方面，提供了一种液压阀的设计装置，所述设计装置包括：
模型获取模块，用于获取液压阀的三维模型；
流体性能仿真模块，用于在所述三维模型上对所述液压阀进行流体性能仿真，输出所述流体性能仿真的仿真结果；
***动态响应性能仿真模块，用于以所述流体性能仿真的仿真结果为输入，对所述液压阀进行***动态响应性能仿真，输出所述***动态响应性能仿真的仿真结果；
第一优化模块，用于根据所述***动态响应性能仿真的仿真结果对所述液压阀的结构设计参数进行优化；
第一模型建立模块，用于以优化后的所述液压阀的结构设计参数建立结构强度仿真模型；
结构性能仿真模块，用于以所述流体性能仿真的仿真结果作为结构外载荷输入，在所述结构强度仿真模型上对所述液压阀进行结构性能仿真，输出所述结构性能仿真的仿真结果；
第二优化模块，用于根据所述结构性能的仿真结果对所述液压阀的结构设计参数进行二次优化；
第二模型建立模块，用于根据二次优化后的所述液压阀的结构设计参数，建立新的三维模型。
可选地，所述模型获取模块还用于：
获取根据二次优化后的所述液压阀的结构设计参数建立的新的三维模型。
可选地，所述流体性能仿真模块用于采用如下方式在所述三维模型上对所述液压阀进行流体性能仿真，输出所述流体性能仿真的仿真结果：
根据所述三维模型，确定所述液压阀的流体区域；
将所述流体区域划分为多个网格；
确定所述液压阀的进口流量和出口压力；
确定所述流体性能仿真的求解参数，所述求解参数包括收敛精度或迭代步数中的至少一种；
根据所述液压阀的进口流量和出口压力、以及所述求解参数对所述液压阀进行所述流体性能仿真，所述流体性能仿真的仿真结果包括各个所述网格对应的所述流体区域的压力和流量大小。
可选地，所述结构性能仿真模块还用于：
将各个所述网格对应的所述流体区域的压力分布导入到所述结构强度仿真模型中，在所述结构强度仿真模型上进行单向流固耦合仿真，输出液压阀结构性能仿真的仿真结果，所述结构性能仿真的仿真结果包括所述液压阀中各元件所受应力和变形。
可选地，所述***动态响应性能仿真模块用于采用如下方式以所述流体性能仿真的仿真结果为输入，对所述液压阀进行***动态响应性能仿真，输出所述***动态响应性能仿真的仿真结果：
将所述液压阀分成阀口流动部位、控制油腔体、弹簧腔及阀芯四个部分；
建立所述四个部分的一维模型或二维模型；
将所述液压阀中的各个元件按照液压原理图通过管道模型连接，以流体仿真结果为输入参数，对所述液压阀进行液压阀***动态响应性能仿真，所述***动态响应性能仿真的仿真结果包括所述液压阀的各个阀口的压力响应曲线和流量响应曲线。
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
通过获取液压阀的三维模型，以对液压阀的结构进行模拟。然后，按照液压阀各性能之间的逻辑先后顺序和参数传递关系，依次对液压阀的流体性能、***性能和结构性能进行仿真。其中，优先在三维模型上对液压阀进行流体性能仿真，然后以流体性能仿真的仿真结果为输入，对液压阀进行***动态响应性能仿真，并根据***动态响应性能仿真的仿真结果对液压阀的结构设计参数一次进行优化。然后再以优化后的液压阀的结构设计参数建立结构强度仿真模型，以流体性能仿真的仿真结果作为结构外载荷输入，在结构强度仿真模型上对液压阀进行结构性能仿真，即可得到液压阀的结构性能、流体性能和***动态性能的仿真结果。接着，再根据结构性能的仿真结果对液压阀的结构设计参数进行二次优化，并根据二次优化后的液压阀的结构设计参数，建立新的三维模型，从而可以根据新的三维模型进行液压阀的设计。因此，本公开提供的设计方法将液压阀的流体性能、***性能和结构性能的仿真分析结合到一起，并使得各个性能分析的结果相互关联，提高了液压阀性能仿真评价的全面性和准确性，同时固化了液压阀的全性能仿真方法，实现了液压阀各性能仿真流程的标准化、流程化、模板化，使用户可以按照该方法准确、快速地对液压阀的各性能进行仿真，从而可以保证设计出的液压阀的安全性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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。
图1是本公开实施例提供的一种液压阀的设计方法的方法流程图；
图2是本公开实施例提供的另一种液压阀的设计方法的方法流程图；
图3是本公开实施例提供的一种液压阀的结构示意图；
图4是本公开实施例提供的一种液压阀的设计装置的结构框图；
图5是本公开实施例提供的一种液压阀设计装置的总体架构图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
本公开实施例提供了一种液压阀的设计方法，可以对液压阀的全性能进行仿真分析。其中，液压阀的全性能包括流体性能、***动态响应性能和结构性能。其中，对液压阀的流体性能进行仿真的目的是评估阀芯运动稳定性、压损、效率是否满足要求。对液压阀的***动态响应性能进行仿真的目的是评估液压阀的工作原理和设计是否合理、液压阀的响应速度和稳定性是否满足动态响应要求。对液压阀的结构性能进行仿真的目的是评估液压阀的结构强度是否满足要求，变形之后能否保证零部件之间的间隙是否符合尺寸配合要求。
图1是本公开实施例提供的一种液压阀的设计方法的方法流程图，如图1所示，该液压阀的设计方法包括：
步骤101、获取液压阀的三维模型。
步骤102、在三维模型上对液压阀进行流体性能仿真，输出流体性能仿真的仿真结果。
步骤103、以流体性能仿真的仿真结果为输入，对液压阀进行***动态响应性能仿真，输出***动态响应性能仿真的仿真结果。
步骤104、根据***动态响应性能仿真的仿真结果对液压阀的结构设计参数进行优化。
步骤105、以优化后的液压阀的结构设计参数建立结构强度仿真模型。
步骤106、以流体性能仿真的仿真结果作为结构外载荷输入，在结构强度仿真模型上对液压阀进行结构性能仿真，输出结构性能仿真的仿真结果。
步骤107、根据结构性能的仿真结果对液压阀的结构设计参数进行二次优化。
步骤108、根据二次优化后的液压阀的结构设计参数，建立新的三维模型。
本公开实施例通过获取液压阀的三维模型，以对液压阀的结构进行模拟。然后，按照液压阀各性能之间的逻辑先后顺序和参数传递关系，依次对液压阀的流体性能、***性能和结构性能进行仿真。其中，优先在三维模型上对液压阀进行流体性能仿真，然后以流体性能仿真的仿真结果为输入，对液压阀进行***动态响应性能仿真，并根据***动态响应性能仿真的仿真结果对液压阀的结构设计参数一次进行优化。然后再以优化后的液压阀的结构设计参数建立结构强度仿真模型，以流体性能仿真的仿真结果作为结构外载荷输入，在结构强度仿真模型上对液压阀进行结构性能仿真，即可得到液压阀的结构性能、流体性能和***动态性能的仿真结果。接着，再根据结构性能的仿真结果对液压阀的结构设计参数进行二次优化，并根据二次优化后的液压阀的结构设计参数，建立新的三维模型，从而可以根据新的三维模型进行液压阀的设计。因此，本公开提供的设计方法将液压阀的流体性能、***性能和结构性能的仿真分析结合到一起，并使得各个性能分析的结果相互关联，提高了液压阀性能仿真评价的全面性和准确性，同时固化了液压阀的全性能仿真方法，实现了液压阀各性能仿真流程的标准化、流程化、模板化，使用户可以按照该方法准确、快速地对液压阀的各性能进行仿真，从而可以保证设计出的液压阀的安全性和可靠性。
图2是本公开实施例提供的另一种液压阀的设计方法的方法流程图，如图2所示，该液压阀的设计方法包括：
步骤201、获取液压阀的三维模型。
在本实施例的一种实现方式中，可以根据液压阀的设计图纸上的初始设计参数，采用PRO/E或UG或Spaceclaim软件建立液压阀的三维模型。
步骤202、在三维模型上对液压阀进行流体性能仿真，输出流体性能仿真的仿真结果。
可选地，步骤202可以包括：
第一步，根据三维模型，确定液压阀的流体区域。
第二步，将流体区域划分为多个网格。
在本实施例中，可以在Fluent或CFX软件中划分流体区域的网格。
第三步，确定液压阀的进口流量和出口压力。
在本实施例中，可以根据实际设计需要确定液压阀的进口流量和出口压力。
在具体实现时，可以确定好的液压阀的进口流量和出口压力作为输入参数输入至Fluent或CFX软件中。
第四步，确定流体性能仿真的求解参数，
其中，求解参数包括收敛精度或迭代步数中的至少一种。
可选地，收敛精度可以设置为初始残差低于1e-03(即1*10-3)，迭代步数可以设置为3000。
其中，残差指实际观察值与估计值(拟合值)之间的差。
在具体实现时，可以将该求解参数作为输入参数输入至Fluent或CFX软件中。
第五步，根据设置的液压阀的进口流量和出口压力、以及求解参数对液压阀进行流体性能仿真。
可选地，可以采用瞬态流体动力学仿真的方式进行流体性能仿真。由于阀件在工作过程中阀芯本来就会运动，因此采用瞬态流体动力学仿真的方式得到的结果更加的准确和真实。
在本实施例中，流体性能仿真的仿真结果包括各个网格对应的流体区域的压力和流量大小。通过上述仿真结果可以得到整个流体域的压力场分布和速度场分布，从而可以计算得到液压阀的流量压损特性、流量比例特性、液动力特性，继而可以评估阀芯运动稳定性、压损、效率是否满足要求。
步骤203、以流体性能仿真的仿真结果为输入，对液压阀进行***动态响应性能仿真，输出***动态响应性能仿真的仿真结果。
可选地，步骤203可以包括：
第一步，将液压阀分成阀口流动部位、控制油腔体、弹簧腔及阀芯四个部分。
需要说明的是，将液压阀件分为几个部分取决于液压阀的结构的基本构造和力学组成。在本公开的其它实现方式中，也可以将液压阀分为其它几个部分。
图3是本公开实施例提供的一种液压阀的结构示意图，如图3所示，该液压阀包括阀体1、锥阀芯2、弹簧3、弹簧座4和挡圈5。其中，控制油腔体为从进口到锥阀芯2之间的腔体S1，弹簧腔为弹簧所在的腔室S2，阀芯为锥阀芯2，阀口流动部位为液压阀的进口部分M1。
第二步，建立四个部分的一维模型或二维模型。
在本实施例中，液压阀件的三维模型采用参数化模型进行创建，将三维模型简化为数字尺寸，如管道直径，管道转角、管道长度、阀芯直径、阀芯行程、弹簧预紧力和刚度等。
且由于液压阀件中的阀芯是运动部件。因此，根据阀芯的几何结构、液压油流动途径及液控原理，即可建立完整的阀芯动力学平衡方程。根据动力学平衡方程即可由上述已知的数字尺寸计算出未知的所需参数的数字尺寸，从而根据计算得到的各个参数的数字尺寸建立四个部分的一维模型或二维模型。
在本实施例中，可以通过PRO/E或UG或Spaceclaim软件建立一维模型或二维模型。
第三步，将液压阀中的各个元件按照液压原理图通过管道模型连接，以流体仿真结果为输入参数，对液压阀进行液压阀***动态响应性能仿真。
在本实施例中，可以采用AMESim或MWorks软件进行***动态响应性能仿真。其中，流体仿真软件FLUENT与AMESim或MWorks软件之间有数据接口
在具体实现时，可以将流体仿真结果的结果作为输入参数，输入至AMESim或MWorks软件中即可。
可选地，***动态响应性能仿真的仿真结果包括液压阀的各个阀口的压力响应曲线和流量响应曲线。通过***动态响应性能仿真的仿真结果可以评估液压阀的工作原理是否设计是否合理，阀的响应速度、稳定性是否满足动态响应要求。
步骤204、根据***动态响应性能仿真的仿真结果对液压阀的结构设计参数进行优化。
步骤205、以优化后的液压阀的结构设计参数建立结构强度仿真模型。
在本实施例中，结构强度仿真模型可以是液压阀的整体模型，也可以是提取的液压阀的部分功能模型。结构模型的建立、提取及适当简化可以在PRO/E或Spaceclaim等CAD软件中进行。
步骤206、以流体性能仿真的仿真结果作为结构外载荷输入，在结构强度仿真模型上对液压阀进行结构性能仿真，输出结构性能仿真的仿真结果。
可选地，步骤206可以包括：
将各个网格对应的流体区域的压力分布导入到结构强度仿真模型中，在结构强度仿真模型上进行单向流固耦合仿真，输出液压阀结构性能仿真的仿真结果。
采用单向流固耦合仿真方式既能保证结构仿真载荷输入的准确性，又能保证仿真求解的效率。
在本实施例中，可以采用ANSYS软件进行结构性能仿真。流体仿真软件FLUENT与ANSYS软件之间有压力数据接口，以便于将各个网格对应的流体区域的压力分布导入到结构强度仿真模型中。
可选地，结构性能仿真的仿真结果包括液压阀中各元件所受应力和变形。通过结构性能仿真的仿真结果可以评估液压阀的结构强度是否满足要求，变形之后能否保证零部件之间的间隙是否符合尺寸配合要求。
例如，仿真结果包括阀件壳体、阀芯、螺栓等各个零部件所受应力和变形。
步骤207、根据结构性能的仿真结果对液压阀的结构设计参数进行二次优化。
步骤208、根据二次优化后的液压阀的结构设计参数，建立新的三维模型。
在本实施例中，可以采用PRO/E或UG或Spaceclaim软件建立三维模型。
步骤209、校核新的三维模型。
在本实施例中，可以以新的三维模型作为结构强度仿真模型，重新进行结构性能仿真，以重新检测液压阀的结构强度是否满足要求，若满足要求，则结束流程，新的三维模型可以用于液压阀的设计。
若新的三维模型不满足设计要求，则返回步骤201。
在步骤209之后，返回步骤201，再次获取的液压阀的三维模型可以是步骤208中建立的新的三维模型。这样通过重复步骤201～步骤209若干次，可以逐渐建立满足设计要求的液压阀的三维模型。
本公开实施例通过获取液压阀的三维模型，以对液压阀的结构进行模拟。然后，按照液压阀各性能之间的逻辑先后顺序和参数传递关系，依次对液压阀的流体性能、***性能和结构性能进行仿真。其中，优先在三维模型上对液压阀进行流体性能仿真，然后以流体性能仿真的仿真结果为输入，对液压阀进行***动态响应性能仿真，并根据***动态响应性能仿真的仿真结果对液压阀的结构设计参数一次进行优化。然后再以优化后的液压阀的结构设计参数建立结构强度仿真模型，以流体性能仿真的仿真结果作为结构外载荷输入，在结构强度仿真模型上对液压阀进行结构性能仿真，即可得到液压阀的结构性能、流体性能和***动态性能的仿真结果。接着，再根据结构性能的仿真结果对液压阀的结构设计参数进行二次优化，并根据二次优化后的液压阀的结构设计参数，建立新的三维模型，从而可以根据新的三维模型进行液压阀的设计。因此，本公开提供的设计方法将液压阀的流体性能、***性能和结构性能的仿真分析结合到一起，并使得各个性能分析的结果相互关联，提高了液压阀性能仿真评价的全面性和准确性，同时固化了液压阀的全性能仿真方法，实现了液压阀各性能仿真流程的标准化、流程化、模板化，使用户可以按照该方法准确、快速地对液压阀的各性能进行仿真，从而可以保证设计出的液压阀的安全性和可靠性。
图4是本公开实施例提供的一种液压阀的设计装置的结构框图，如图4所示，设计装置400包括模型获取模块401、流体性能仿真模块402、***动态响应性能仿真模块403、第一优化模块404、第一模型建立模块405、结构性能仿真模块406、第二优化模块407和第二模型建立模块408。
模型获取模块401，用于获取液压阀的三维模型。
在本实施例中，可以采用PRO/E或UG或Spaceclaim软件建立液压阀的三维模型。
流体性能仿真模块402，用于在三维模型上对液压阀进行流体性能仿真，输出流体性能仿真的仿真结果。
***动态响应性能仿真模块403，用于以流体性能仿真的仿真结果为输入，对液压阀进行***动态响应性能仿真，输出***动态响应性能仿真的仿真结果。
第一优化模块404，用于根据***动态响应性能仿真的仿真结果对液压阀的结构设计参数进行优化。
第一模型建立模块405，用于以优化后的液压阀的结构设计参数建立结构强度仿真模型。
结构性能仿真模块406，用于以流体性能仿真的仿真结果作为结构外载荷输入，在结构强度仿真模型上对液压阀进行结构性能仿真，输出结构性能仿真的仿真结果。
在本实施例中，结构仿真模型可以是液压阀的整体模型，也可以是提取的液压阀的部分功能模型。结构模型的建立、提取及适当简化可以在PRO/E或Spaceclaim等CAD软件中进行。
第二优化模块407，用于根据结构性能的仿真结果对液压阀的结构设计参数进行二次优化。
第二模型建立模块408，用于根据二次优化后的液压阀的结构设计参数，建立新的三维模型。
可选地，模型获取模块401还用于：
获取根据二次优化后的所述液压阀的结构设计参数建立的新的三维模型。
即模型获取模块401还用于获取第二模型建立模块308建立的新的三维模型。
可选地，流体性能仿真模块402用于采用如下方式在三维模型上对液压阀进行流体性能仿真，输出流体性能仿真的仿真结果：
第一步，根据三维模型，确定液压阀的流体区域。
第二步，将流体区域划分为多个网格。
在本实施例中，可以在Fluent或CFX软件中划分流体区域的网格。
第三步，确定液压阀的进口流量和出口压力。
在本实施例中，可以根据实际设计需要确定液压阀的进口流量和出口压力。
在具体实现时，可以确定好的液压阀的进口流量和出口压力作为输入参数输入至Fluent或CFX软件中。
第四步，确定流体性能仿真的求解参数。
其中，求解参数包括收敛精度或迭代步数中的至少一种。
可选地，收敛精度可以设置为初始残差低于1e-03(即1*10-3)，迭代步数可以设置为3000。
其中，残差指实际观察值与估计值(拟合值)之间的差。
在具体实现时，可以将该求解参数作为输入参数输入至Fluent或CFX软件中。
第五步，根据液压阀的进口流量和出口压力、以及求解参数对液压阀进行流体性能仿真，流体性能仿真的仿真结果包括各个网格对应的流体区域的压力和流量大小。
可选地，可以采用瞬态流体动力学仿真的方式进行流体性能仿真。由于阀件在工作过程中阀芯本来就会运动，因此采用瞬态流体动力学仿真的方式得到的结果更加的准确和真实。
通过上述流体性能仿真模块402可以得到到整个流体域的压力场分布和速度场分布，从而可以计算得到液压阀的流量压损特性、流量比例特性、液动力特性，继而可以评估阀芯运动稳定性、压损、效率是否满足要求。
可选地，***动态响应性能仿真模块403用于采用如下方式以流体性能仿真的仿真结果为输入，对液压阀进行***动态响应性能仿真，输出***动态响应性能仿真的仿真结果：
第一步，将液压阀分成阀口流动部位、控制油腔体、弹簧腔及阀芯四个部分。
第二步，建立四个部分的一维模型或二维模型。
第三步，将液压阀中的各个元件按照液压原理图通过管道模型连接，以流体仿真结果为输入参数，对液压阀进行液压阀***动态响应性能仿真，***动态响应性能仿真的仿真结果包括液压阀的各个阀口的压力响应曲线和流量响应曲线。
***动态响应性能仿真模块403的具体仿真方式可以参见上述步骤403，本实施例在此不再赘述。
可选地，结构性能仿真模块406还用于：
将各个网格对应的流体区域的压力分布导入到结构强度仿真模型中，在结构强度仿真模型上进行单向流固耦合仿真，输出液压阀结构性能仿真的仿真结果，结构性能仿真的仿真结果包括液压阀中各元件所受应力和变形。
采用单向流固耦合仿真方式既能保证结构仿真载荷输入的准确性，又能保证仿真求解的效率。
图5是本公开实施例提供的一种液压阀设计装置的总体架构图，如图5所示，该在本实施例中，设计装置包括界面交互层510、任务执行层520、模型模板库530和底层资源层540。
其中，界面交互层510包括启动界面、模型导入界面、仿真流程界面、仿真软件界面、计算求解界面和仿真结果界面。
其中，启动界面用于选取是否启动该液压阀全性能仿真设计装置。模型导入界面用于将模型建立模块501建立地液压阀的三维模型导入，并进行显示。仿真流程界面上用于选取依次执行流体性能仿真、***动态响应性能仿真和结构性能仿真。
仿真软件界面用于在选取执行流体性能仿真、***动态响应性能仿真和结构性能仿真中的一个后，调取对应的软件进行仿真。
例如，当选取执行流体性能仿真后，可以调取Fluent或CFX软件进行流体性能仿真。当选取执行***动态响应性能仿真后，可以调取AMESim或MWorks软件进行***动态响应性能仿真。当选取结构性能仿真后，可以调取ANSYS软件进行结构性能仿真。
任务执行层520包括各种液压阀仿真模块，例如单向阀仿真模块521、主阀仿真模块522和平衡阀仿真模块523。
其中，单向阀仿真模块521、主阀仿真模块522和平衡阀仿真模块523均包括流体仿真、***仿真和结构仿真三个单元。
模型模板层530包括仿真流程模板库531、仿真模型库532、仿真参数库533和试验数据库534。
其中，仿真流程模板库531用于保证流程准确性。
仿真模型库532用于后续仿真时直接调用模型。
仿真参数库533用于存储仿真时所需的各个输入参数。
试验数据库534用于存储数据。
底层资源层540及包括各个软件(例如Fluent、CFX、AMESim、MWorks、ANSYS或PRO/E软件)接口和仿真分析标准规范体系。
其中，仿真分析标准规范体系用于对各个仿真流程，参数设置等进行标准化，保证仿真过程的规范性。
本公开实施例通过获取液压阀的三维模型，以对液压阀的结构进行模拟。然后，按照液压阀各性能之间的逻辑先后顺序和参数传递关系，依次对液压阀的流体性能、***性能和结构性能进行仿真。其中，优先在三维模型上对液压阀进行流体性能仿真，然后以流体性能仿真的仿真结果为输入，对液压阀进行***动态响应性能仿真，并根据***动态响应性能仿真的仿真结果对液压阀的结构设计参数一次进行优化。然后再以优化后的液压阀的结构设计参数建立结构强度仿真模型，以流体性能仿真的仿真结果作为结构外载荷输入，在结构强度仿真模型上对液压阀进行结构性能仿真，即可得到液压阀的结构性能、流体性能和***动态性能的仿真结果。接着，再根据结构性能的仿真结果对液压阀的结构设计参数进行二次优化，并根据二次优化后的液压阀的结构设计参数，建立新的三维模型，从而可以根据新的三维模型进行液压阀的设计。因此，本公开提供的设计方法将液压阀的流体性能、***性能和结构性能的仿真分析结合到一起，并使得各个性能分析的结果相互关联，提高了液压阀性能仿真评价的全面性和准确性，同时固化了液压阀的全性能仿真方法，实现了液压阀各性能仿真流程的标准化、流程化、模板化，使用户可以按照该方法准确、快速地对液压阀的各性能进行仿真，从而可以保证设计出的液压阀的安全性和可靠性。
以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种液压阀的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：
获取液压阀的三维模型；
在所述三维模型上对所述液压阀进行流体性能仿真，输出所述流体性能仿真的仿真结果；
以所述流体性能仿真的仿真结果为输入，对所述液压阀进行***动态响应性能仿真，输出所述***动态响应性能仿真的仿真结果；
根据所述***动态响应性能仿真的仿真结果对所述液压阀的结构设计参数进行优化；
以优化后的所述液压阀的结构设计参数建立结构强度仿真模型；
以所述流体性能仿真的仿真结果作为结构外载荷输入，在所述结构强度仿真模型上对所述液压阀进行结构性能仿真，输出所述结构性能仿真的仿真结果；
根据所述结构性能的仿真结果对所述液压阀的结构设计参数进行二次优化；
根据二次优化后的所述液压阀的结构设计参数，建立新的三维模型。
2.根据权利要求1所述的液压阀的设计方法，其特征在于，所述获取液压阀的三维模型，包括：
获取根据二次优化后的所述液压阀的结构设计参数建立的新的三维模型。
3.根据权利要求1所述的液压阀的设计方法，其特征在于，所述在所述三维模型上对所述液压阀进行流体性能仿真，输出所述流体性能仿真的仿真结果包括：
根据所述三维模型，确定所述液压阀的流体区域；
将所述流体区域划分为多个网格；
确定所述液压阀的进口流量和出口压力；
确定所述流体性能仿真的求解参数，所述求解参数包括收敛精度或迭代步数中的至少一种；
根据所述液压阀的进口流量和出口压力、以及所述求解参数对所述液压阀进行所述流体性能仿真，所述流体性能仿真的仿真结果包括各个所述网格对应的所述流体区域的压力和流量大小。
4.根据权利要求3所述的液压阀的设计方法，其特征在于，所述以所述流体性能仿真的仿真结果作为结构外载荷输入，在所述结构强度仿真模型上对所述液压阀进行结构性能仿真，输出所述结构性能仿真的仿真结果，包括：
将各个所述网格对应的所述流体区域的压力分布导入到所述结构强度仿真模型中，在所述结构强度仿真模型上进行单向流固耦合仿真，输出液压阀结构性能仿真得到仿真结果，所述结构性能仿真的仿真结果包括所述液压阀中各元件所受应力和变形。
5.根据权利要求1所述的液压阀的设计方法，其特征在于，所述以所述流体性能仿真的仿真结果为输入，对所述液压阀进行***动态响应性能仿真，输出所述***动态响应性能仿真的仿真结果，包括：
将所述液压阀分成阀口流动部位、控制油腔体、弹簧腔及阀芯四个部分；
建立所述四个部分的一维模型或二维模型；
将所述液压阀中的各个元件按照液压原理图通过管道模型连接，以流体仿真结果为输入参数，对所述液压阀进行液压阀***动态响应性能仿真，所述***动态响应性能仿真的仿真结果包括所述液压阀的各个阀口的压力响应曲线和流量响应曲线。
6.一种液压阀的设计装置，其特征在于，所述液压阀的设计装置包括：
模型获取模块，用于获取液压阀的三维模型；
流体性能仿真模块，用于在所述三维模型上对所述液压阀进行流体性能仿真，输出所述流体性能仿真的仿真结果；
***动态响应性能仿真模块，用于以所述流体性能仿真的仿真结果为输入，对所述液压阀进行***动态响应性能仿真，输出所述***动态响应性能仿真的仿真结果；
第一优化模块，用于根据所述***动态响应性能仿真的仿真结果对所述液压阀的结构设计参数进行优化；
第一模型建立模块，用于以优化后的所述液压阀的结构设计参数建立结构强度仿真模型；
结构性能仿真模块，用于以所述流体性能仿真的仿真结果作为结构外载荷输入，在所述结构强度仿真模型上对所述液压阀进行结构性能仿真，输出所述结构性能仿真的仿真结果；
第二优化模块，用于根据所述结构性能的仿真结果对所述液压阀的结构设计参数进行二次优化；
第二模型建立模块，用于根据二次优化后的所述液压阀的结构设计参数，建立新的三维模型。
7.根据权利要求6所述的液压阀的设计装置，其特征在于，所述模型获取模块还用于：
获取根据二次优化后的所述液压阀的结构设计参数建立的新的三维模型。
8.根据权利要求6所述的液压阀的设计装置，其特征在于，所述流体性能仿真模块用于采用如下方式在所述三维模型上对所述液压阀进行流体性能仿真，输出所述流体性能仿真的仿真结果：
根据所述三维模型，确定所述液压阀的流体区域；
将所述流体区域划分为多个网格；
确定所述液压阀的进口流量和出口压力；
确定所述流体性能仿真的求解参数，所述求解参数包括收敛精度或迭代步数中的至少一种；
根据所述液压阀的进口流量和出口压力、以及所述求解参数对所述液压阀进行所述流体性能仿真，所述流体性能仿真的仿真结果包括各个所述网格对应的所述流体区域的压力和流量大小。
9.根据权利要求8所述的液压阀的设计装置，其特征在于，所述结构性能仿真模块还用于：
将各个所述网格对应的所述流体区域的压力分布导入到所述结构强度仿真模型中，在所述结构强度仿真模型上进行单向流固耦合仿真，输出液压阀结构性能仿真的仿真结果，所述结构性能仿真的仿真结果包括所述液压阀中各元件所受应力和变形。
10.根据权利要求6所述的液压阀的设计装置，其特征在于，所述***动态响应性能仿真模块用于采用如下方式以所述流体性能仿真的仿真结果为输入，对所述液压阀进行***动态响应性能仿真，输出所述***动态响应性能仿真的仿真结果：
将所述液压阀分成阀口流动部位、控制油腔体、弹簧腔及阀芯四个部分；
建立所述四个部分的一维模型或二维模型；
将所述液压阀中的各个元件按照液压原理图通过管道模型连接，以流体仿真结果为输入参数，对所述液压阀进行液压阀***动态响应性能仿真，所述***动态响应性能仿真的仿真结果包括所述液压阀的各个阀口的压力响应曲线和流量响应曲线。
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