[發明專利]一種基于有限元法的經編金屬絲網力學特性分析

有效

• 申請號: 201710418285.4
• 申請日: 2017-06-06
• 公開（公告）號: CN107357954B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 張逸群;朱日升;楊東武;張樹新;李申;李娜;楊癸庚
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司 61108
• 代理人: 張恒陽

本發明提供了一種基于有限元法的經編金屬絲網力學特性分析，具體步驟如下：1)根據經編金屬絲網最小重復結構的線圈結構，確定其型值點三維坐標；2)根據最小重復結構間的拓撲關系，確定整體的經編金屬絲網型值點的三維坐標；3)將整體的經編金屬絲網型值點的三維坐標作為有限元建模的關鍵點坐標，實現其有限元模型的建立；4)基于整體的經編金屬絲網的有限元模型，對其施加接觸約束；5)最終通過對整體的經編金屬絲網施加載荷和邊界約束，實現其靜力學分析。本發明基于有限元法實現了經編金屬絲網的力學分析，為絲網的研制提供理論基礎，也為未來索網?絲網結構找形分析、絲網的鋪設過程提供參考。

技術領域

本發明屬于有限元仿真技術領域，具體涉及一種基于有限元法的經編金屬絲網力學特性分析。

背景技術

由金屬絲編織而成的柔性網狀織物是制備金屬網狀天線的關鍵材料。經編柔性金屬絲網是采用超細金屬絲和經編技術生產的經編柔性網格材料，其具有質量輕、縱橫向均有一定延展性、網格尺寸可設計等特點。金屬絲網被鋪設在索網上，火箭發射時保持折疊收攏的狀態；衛星進入運行軌道后要求金屬絲編織網展開，進入工作狀態。進而，金屬絲編織網的性能決定著通信衛星金屬網狀天線通信性能的發揮。絲網材料的編織結構、網孔形狀與尺寸大小、網面各向均勻性和金屬絲的直徑都直接影響著天線的電學性能，因此對金屬絲網進行力學特性分析是亟待解決的難題。

目前研究金屬絲網的力學特性僅僅是通過對金屬絲網進行單向或雙向拉伸實驗，記錄其橫、縱向的伸長量，得到該金屬絲網各向異性的程度等，進而指導絲網的編織，改變絲網的編織形式，最終使其盡可能各向同性。然而，一般情況下金屬絲網的用料昂貴，因而通過實驗的方法指導絲網編織的方法經濟成本過大，且工作效率較低。

ANSYS軟件具有完善的有限元接觸分析功能，同時還為用戶進行二次開發提供了APDL語言，用戶可通過APDL語言編寫命令組成其命令流文件，方便實現模型的可參數化建模，提高了建模的效率。

發明內容

本發明的目的是克服上述現有技術中存在的問題，提供一種基于有限元法的經編金屬絲網力學特性分析，該方法利用有限元法實現對經編金屬絲網進行力學特性分析，為指導經編金屬絲網的研究提供必要的理論基礎，且可降低經編金屬絲網的研制成本。

本發明的技術方案：一種基于有限元法的經編金屬絲網力學特性分析，包括以下步驟：

步驟1)獲取經編金屬絲網的最小重復結構的型值點三維坐標：根據經編金屬絲網的最小重復結構的線圈結構，確定其型值點x、y、z三維坐標；

步驟2)獲取整體的經編金屬絲網的型值點三維坐標：首先，根據絲網的編織形式，確定線圈之間的橫、縱距和最小重復結構間的拓撲關系，從而確定整體的經編金屬絲網的型值點三維坐標；

步驟3)基于步驟2)獲得的整體經編金屬絲網的型值點三維坐標，建立整體的經編金屬絲網的有限元模型：以整體的經編金屬絲網的型值點三維坐標作為經編金屬絲網建模的關鍵點坐標，建立其幾何模型并對其進行有限元網格劃分，最終得到經編金屬絲網的有限元模型；

步驟4)基于步驟3)建立的整體經編金屬絲網有限元模型，假設拉伸過程中經編金屬絲網發生接觸的單絲一直處于黏結接觸狀態且單絲間為交叉接觸，對經編金屬絲網的有限元模型中處于臨界接觸的單絲施加接觸約束；

步驟5)經編金屬絲網的靜力學分析：通過對經編金屬絲網的有限元模型施加載荷和邊界約束，實現其靜力學分析。

步驟1)中所述的獲取經編金屬絲網的最小重復結構的型值點三維坐標的具體步驟為：

步驟1.1)通過攝影測量技術，獲取經編金屬絲網的高清晰照片；