[發明專利]一種板式衛星結構共節點網格快速生成方法

有效

• 申請號: 201610005236.3
• 申請日: 2016-01-04
• 公開（公告）號: CN105677965B
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 趙軍鵬;劉騰達;付志方;王春潔
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

一種板式衛星結構共節點網格快速生成方法，它包括以下步驟：步驟1：對導入有限元建模軟件的衛星結構幾何模型提取中面；步驟2：獲取需要處理的中面集合及其元素數目N；步驟3：對所有的面對(A,B)進行有關操作；步驟4：對所有的面進行縫合；步驟5：對結構的幾何模型劃分有限元網格。通過該方法能對衛星結構三維實體模型抽取中面得到的幾何進行自動處理，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量的共節點有限元網格。避免了大量的人機交互操作，需要的時間少，通用性強，適用范圍廣泛，具有很強的工程實用價值。

技術領域：

本發明涉及一種板式衛星結構共節點網格快速生成方法，屬于航天器結構分析的技術領域。

背景技術：

目前衛星結構多采用蜂窩夾層板承受和傳遞力學載荷，并為儀器設備提供安裝支撐。為了驗證衛星結構的設計是否滿足要求，工程中一般采用有限元方法對其進行力學性能分析。衛星結構的幾何模型一般采用三維實體進行建模，但在有限元建模時一般采用板殼結構單元進行力學模擬。如果直接由三維實體抽取中面后劃分有限元網格，則由于相鄰面之間的間隙會導致有限元網格的不連續；如果采用剛性連接單元進行單元連接，則一方面要求相鄰面上的網格比較匹配以利于創建剛性連接單元，另一方面剛性連接單元的創建會對結構引入附加的剛度；除此之外，剛性連接單元的創建還會增加有限元分析的計算量，特別是對于衛星結構分析中常見的模態分析和頻率響應分析等動力學分析情形。因此工程中希望能生成共節點的有限元網格。衛星結構共節點網格快速生成的主要難點是：由于蜂窩夾層板厚度的存在，從三維實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格。為了實現共節點網格的劃分，需要首先對面進行延伸或裁剪，從而消除面與面之間的間隙或多余的部分。由于衛星結構中一般有幾十塊結構板，因此只依靠商業有限元軟件自身的幾何處理功能并通過人機交互方式實現整個衛星結構共節點有限元網格的生成將需要較高的技巧、大量的時間和煩瑣的工作。

發明內容：

1、目的：為了實現衛星結構有限元模型的高效生成，本發明的目的是提供一種板式衛星結構共節點網格快速生成方法。該方法首先利用有限元軟件的中面提取功能得到衛星結構板的中面幾何模型，然后通過遍歷獲取需要進行處理的面對，其次對每組面對依次進行自動處理，從而獲得整個衛星結構的幾何模型，再次利用有限元軟件的幾何縫合功能實現將衛星結構的幾何模型縫合為一個整體。在此基礎上進行網格劃分，得到基于板殼單元進行模擬的高質量共節點有限元網格。由于本方法實現自動處理，因此避免了大量的人機交互操作，需要的時間少，通用性強，適用范圍廣泛。

2、技術方案：本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明一種板式衛星結構共節點網格快速生成方法，其特征在于它包括以下步驟：

步驟1：對導入有限元建模軟件的衛星結構幾何模型提取中面；

步驟2：獲取需要處理的中面集合及其元素數目N：

步驟3：對所有的面對(A,B)進行以下操作：

步驟3.1：計算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延伸的邊及其數目N_A；

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

步驟3.5：計算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延伸的邊及其數目N_B；