[發(fā)明專利]一種板式衛(wèi)星結(jié)構(gòu)共節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格快速生成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610005236.3
• 申請(qǐng)日: 2016-01-04
• 公開（公告）號(hào): CN105677965B
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙軍鵬;劉騰達(dá);付志方;王春潔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京慧泉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

一種板式衛(wèi)星結(jié)構(gòu)共節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格快速生成方法，它包括以下步驟：步驟1：對(duì)導(dǎo)入有限元建模軟件的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)幾何模型提取中面；步驟2：獲取需要處理的中面集合及其元素?cái)?shù)目N；步驟3：對(duì)所有的面對(duì)(A,B)進(jìn)行有關(guān)操作；步驟4：對(duì)所有的面進(jìn)行縫合；步驟5：對(duì)結(jié)構(gòu)的幾何模型劃分有限元網(wǎng)格。通過該方法能對(duì)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)三維實(shí)體模型抽取中面得到的幾何進(jìn)行自動(dòng)處理，消除面與面之間的間隙并且刪除多余的部分，最終生成的幾何模型可以劃分高質(zhì)量的共節(jié)點(diǎn)有限元網(wǎng)格。避免了大量的人機(jī)交互操作，需要的時(shí)間少，通用性強(qiáng)，適用范圍廣泛，具有很強(qiáng)的工程實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種板式衛(wèi)星結(jié)構(gòu)共節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格快速生成方法，屬于航天器結(jié)構(gòu)分析的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前衛(wèi)星結(jié)構(gòu)多采用蜂窩夾層板承受和傳遞力學(xué)載荷，并為儀器設(shè)備提供安裝支撐。為了驗(yàn)證衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否滿足要求，工程中一般采用有限元方法對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能分析。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的幾何模型一般采用三維實(shí)體進(jìn)行建模，但在有限元建模時(shí)一般采用板殼結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行力學(xué)模擬。如果直接由三維實(shí)體抽取中面后劃分有限元網(wǎng)格，則由于相鄰面之間的間隙會(huì)導(dǎo)致有限元網(wǎng)格的不連續(xù)；如果采用剛性連接單元進(jìn)行單元連接，則一方面要求相鄰面上的網(wǎng)格比較匹配以利于創(chuàng)建剛性連接單元，另一方面剛性連接單元的創(chuàng)建會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)引入附加的剛度；除此之外，剛性連接單元的創(chuàng)建還會(huì)增加有限元分析的計(jì)算量，特別是對(duì)于衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分析中常見的模態(tài)分析和頻率響應(yīng)分析等動(dòng)力學(xué)分析情形。因此工程中希望能生成共節(jié)點(diǎn)的有限元網(wǎng)格。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)共節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格快速生成的主要難點(diǎn)是：由于蜂窩夾層板厚度的存在，從三維實(shí)體模型提取中面后得到的幾何模型中，相鄰面之間存在間隙，無法直接生成有限元網(wǎng)格。為了實(shí)現(xiàn)共節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格的劃分，需要首先對(duì)面進(jìn)行延伸或裁剪，從而消除面與面之間的間隙或多余的部分。由于衛(wèi)星結(jié)構(gòu)中一般有幾十塊結(jié)構(gòu)板，因此只依靠商業(yè)有限元軟件自身的幾何處理功能并通過人機(jī)交互方式實(shí)現(xiàn)整個(gè)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)共節(jié)點(diǎn)有限元網(wǎng)格的生成將需要較高的技巧、大量的時(shí)間和煩瑣的工作。

發(fā)明內(nèi)容：

1、目的：為了實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)有限元模型的高效生成，本發(fā)明的目的是提供一種板式衛(wèi)星結(jié)構(gòu)共節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格快速生成方法。該方法首先利用有限元軟件的中面提取功能得到衛(wèi)星結(jié)構(gòu)板的中面幾何模型，然后通過遍歷獲取需要進(jìn)行處理的面對(duì)，其次對(duì)每組面對(duì)依次進(jìn)行自動(dòng)處理，從而獲得整個(gè)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的幾何模型，再次利用有限元軟件的幾何縫合功能實(shí)現(xiàn)將衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的幾何模型縫合為一個(gè)整體。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到基于板殼單元進(jìn)行模擬的高質(zhì)量共節(jié)點(diǎn)有限元網(wǎng)格。由于本方法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)處理，因此避免了大量的人機(jī)交互操作，需要的時(shí)間少，通用性強(qiáng)，適用范圍廣泛。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明一種板式衛(wèi)星結(jié)構(gòu)共節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格快速生成方法，其特征在于它包括以下步驟：

步驟1：對(duì)導(dǎo)入有限元建模軟件的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)幾何模型提取中面；

步驟2：獲取需要處理的中面集合及其元素?cái)?shù)目N：

步驟3：對(duì)所有的面對(duì)(A,B)進(jìn)行以下操作：

步驟3.1：計(jì)算A和B的法向量之間的夾角θ_AB；

步驟3.2：若10°＜θ_AB＜170°，則執(zhí)行步驟3.3至3.10；

步驟3.3：找出A中所有需要向B延伸的邊及其數(shù)目N_A；

步驟3.4：若N_A＞0，則執(zhí)行步驟3.5至3.6；否則執(zhí)行步驟3.7至3.10；

步驟3.5：計(jì)算A中的邊需要向B延伸的長度δ_A；

步驟3.6：將A中所有需要向B延伸的邊延伸δ_A；

步驟3.7：找出B中所有需要向A延伸的邊及其數(shù)目N_B；