[發(fā)明專(zhuān)利]一種三角形網(wǎng)格加筋圓筒結(jié)構(gòu)有限元參數(shù)化建模方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510081878.7
• 申請(qǐng)日: 2015-02-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104679955A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王立朋;朱振濤;曹昱;閆冰;佟文敏;王婧超;王江;徐衛(wèi)秀;吳浩;王斌
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京宇航系統(tǒng)工程研究所;中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專(zhuān)利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提出了一種對(duì)三角形網(wǎng)格加筋圓筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)參數(shù)化有限元建模的方法，適用于對(duì)采用三角形網(wǎng)格加筋圓筒的導(dǎo)彈武器殼體、貯箱筒段等結(jié)構(gòu)的快速有限元建模分析和基于參數(shù)化建模的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。

背景技術(shù)

通過(guò)參數(shù)化建模技術(shù)建立結(jié)構(gòu)的參數(shù)化有限元模型，利用優(yōu)化軟件，比如Isight對(duì)模型進(jìn)行封裝和調(diào)用，在其優(yōu)化算法調(diào)度下可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的高精度優(yōu)化設(shè)計(jì)。

三角形網(wǎng)格加筋圓筒輕質(zhì)高強(qiáng)，承載能力高，廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈武器殼體、推進(jìn)劑貯箱筒段等結(jié)構(gòu)形式。

對(duì)三角形網(wǎng)格加筋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，是提高結(jié)構(gòu)效率，最大發(fā)揮結(jié)構(gòu)形式的承載潛力的必要過(guò)程。但由于結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，目前缺乏對(duì)三角形網(wǎng)格加筋圓筒結(jié)構(gòu)的有效參數(shù)化有限元建模方法，也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)基于有限元分析的高精度優(yōu)化設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種三角形網(wǎng)格加筋圓筒結(jié)構(gòu)有限元參數(shù)化建模方法，該方法建模效率和模型精度高。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明的一種三角形網(wǎng)格加筋圓筒結(jié)構(gòu)有限元參數(shù)化建模方法，該方法基于MSC.Patran的PCL語(yǔ)言建立三角形網(wǎng)格加筋圓筒結(jié)構(gòu)的參數(shù)化有限元模型，圓筒的高度H、外半徑R、蒙皮厚度t、周向網(wǎng)格數(shù)目n、筋條交叉角度θ、筋條高度h、寬度w等可以自由調(diào)整；

步驟為：

第一步，根據(jù)給定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)(結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)包括圓筒的高度H、外半徑R、蒙皮厚度t、周向網(wǎng)格數(shù)目n、筋條交叉角度θ、筋條高度h、寬度w)計(jì)算建模所需的結(jié)構(gòu)主要特征參數(shù)，主要特征參數(shù)包括三角形加筋網(wǎng)格的高度H′、三角形加筋網(wǎng)格的層數(shù)m、上下端網(wǎng)格高度Hb。計(jì)算方法如下：

三角形加筋網(wǎng)格的高度H′：

H′=π(R-0.5t)ntan(θ)---(1)]]>

為了避免圓筒上端下端網(wǎng)格不足一層部分過(guò)于短小，影響有限元網(wǎng)格劃分質(zhì)量和分析效果，三角形加筋網(wǎng)格的層數(shù)m需要特別處理，計(jì)算方法為：首先取m＝int(H/H′)，int表示取整數(shù)；如果m·H′>H則三角形加筋網(wǎng)格的層數(shù)m減1；如果H-m·H′≤0.5H′，三角形加筋網(wǎng)格的層數(shù)m減1；

上下端網(wǎng)格高度Hb：

Hb＝(H-H′·m)/2?????????????(2)

第二步，建立平面單胞網(wǎng)格單元。在完整網(wǎng)格區(qū)，每個(gè)三角形網(wǎng)格為一個(gè)單胞，包括正置和倒置兩種。在圓筒上下端，不足一層網(wǎng)格部分，需要分別建立一個(gè)三角形單元單胞和一個(gè)梯形單元單胞。加強(qiáng)筋用梁?jiǎn)卧M，共有8個(gè)單胞梁?jiǎn)卧?/p>

第三步，陣列單胞單元形成圓筒的平面展開(kāi)模型。通過(guò)兩次陣列實(shí)現(xiàn)，第一次將兩個(gè)完整三角形單胞單元和相應(yīng)梁?jiǎn)卧嚵衜-1次，形成一個(gè)斜長(zhǎng)條，第二次將這個(gè)長(zhǎng)條整體陣列n-1次形成完整展開(kāi)模型；

第四步，對(duì)第三步得到的平面展開(kāi)模型有限元網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化，將每個(gè)三角形單元剖分為12個(gè)四邊形單元，每個(gè)梯形單元剖分為16個(gè)四邊形單元，每個(gè)梁?jiǎn)卧史譃?個(gè)梁?jiǎn)卧Ｆ渲忻總€(gè)梁?jiǎn)卧确譃?個(gè)梁?jiǎn)卧總€(gè)梯形單元剖分為4х4總計(jì)16個(gè)四邊形單元，三角形單元首先剖分為3個(gè)四邊形單元，然后每個(gè)四邊形單元再剖分為2х2個(gè)四邊形單元，總計(jì)每個(gè)三角形單元剖分為12個(gè)四邊形單元；

第五步將平面模型卷起為圓筒，方法為：

1)建立節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)偏移函數(shù)。偏移函數(shù)的作用計(jì)算從節(jié)點(diǎn)二維展開(kāi)坐標(biāo)和圓筒坐標(biāo)的偏移量，為空間向量函數(shù)。以平面網(wǎng)格位于“X-Y”平面為例，其中X方向?yàn)閳A筒展開(kāi)方向，Y方向?yàn)閳A筒高度方向，坐標(biāo)原點(diǎn)位于展開(kāi)圖左下角，“卷起”后的圓筒高度方向不變，其平面網(wǎng)格“卷起”的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)偏移函數(shù)為：