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龙图腾网获悉天津大学申请的专利一种用于机床正向设计的机床结构件材料匹配设计方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119380898B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-19发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411592393.X，技术领域涉及：G16C60/00；该发明授权一种用于机床正向设计的机床结构件材料匹配设计方法是由赵鑫;张大卫;岳晟;贺鑫元设计研发完成，并于2024-11-08向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种用于机床正向设计的机床结构件材料匹配设计方法在说明书摘要公布了：本发明公开一种用于机床正向设计的机床结构件材料匹配设计方法，包括：步骤1、通过实验获取材料的阻尼损耗因子及弹性模量等材料属性参数；步骤2、基于吉村允孝积分法计算固定结合面参数，基于产品手册计算滑动与滚动结合面参数；步骤3、建立考虑结合面参数的有限元模型，通过仿真结果提取机床关键节点的静、动态响应值；步骤4、通过DOE分析确定模型复杂程度并构建响应变量与自变量的响应面模型；步骤5、基于多目标雾凇优化算法在设计空间全局搜索，优化各结构件的材料组合方式，使机床在满足静刚度的基础上在多个动态性能指标上达到最优平衡点；步骤6、通过仿真结果对比分析材料匹配优化前后的静、动态性能，验证材料匹配的效果。

本发明授权一种用于机床正向设计的机床结构件材料匹配设计方法在权利要求书中公布了：1.一种用于机床正向设计的机床结构件材料匹配设计方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1、通过实验获取机床结构件常用材料的材料阻尼损耗因子、弹性模量、泊松比、密度，确定各材料属性参数； 步骤2、在螺栓许用拧紧力矩下，对给定结构件组合形式的机床基于吉村允孝积分法计算固定结合面刚度、固定结合面阻尼参数，根据产品手册计算滑动结合面刚度、滚动结合面刚度、滑动结合面阻尼参数、滚动结合面阻尼参数； 步骤3、建立考虑各个结合面参数的有限元模型，基于最优拉丁超立方采样方法选取结构件材料组合方式，获取实验设计点，通过仿真结果提取不同组合方式的机床关键点的静、动态响应值，包括机床三向静刚度、首阶固有频率以及主轴末端三向共振幅值； 步骤4、基于不同材料属性的实验结果，采用线性变换和归一化处理将材料属性参数映射到[-1,1]的设计空间上，并通过DOE分析确定响应值与变量之间关系的复杂程度，建立基于设计变量的不同阶响应面模型； 步骤4.1、将铸铁材料的材料阻尼损耗因子、弹性模量、泊松比及密度这四种材料属性进行归一化处理，采用构造函数的方法将五种材料的材料属性以步长为0.5进行离散，并映射到[-1,1]上，将主轴箱、立柱、床身以及滑台四个典型拓扑结构作为四个自变量，以[-1,1]的5个离散值作为自变量的取值范围，每种材料的映射公式为 ；（5） 其中，为各材料i的密度，为各材料i的弹性模量，为各材料i的泊松比，为各材料i的材料损耗因子，、、、、为常数，为各材料i等效材料属性参数，分别代表五种材料HT300、HT350、QT500-7、QT600-3、QT800-2，对应分别为-1、-0.5、0、0.5、1； 步骤4.2、通过DOE分析确定各响应值与自变量之间的模型复杂程度，根据不同的复杂程度建立响应值和自变量的响应面模型，其中机床三向静刚度以及首阶固有频率的非线性程度低，构建基于自变量的二阶响应面模型，主轴末端三向共振幅值的非线性程度高，构建基于自变量的四阶响应面模型； ；（6） ；（7） 其中，为响应变量；为常数项，、、、分别为线性项、二次项、三次项、四次项系数，、、、是交互项系数，、为自变量； 步骤5、将静刚度作为约束条件、动态性能作为目标函数，采用多目标雾凇优化算法在设计空间全局搜索进行寻优实现材料匹配； 步骤6、通过仿真结果对比分析材料匹配优化设计前后的静、动态性能，验证材料匹配方法的有效性，在满足静态性能条件下，得到能够使机床动态性能达到最优的材料匹配设计方案，否则重新进行响应面模型的拟合，重复步骤3-6。

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