[發明專利]一種模擬螺紋配合的六面體有限元網格劃分方法

有效

• 申請號: 201810208795.3
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108197418B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 高大威;鄭松林;鄭騰飛;李智垠;龍榮利;李向陽
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

本發明所涉及的模擬螺紋配合表面幾何特征的六面體有限元網格劃分方法，首先根據螺紋表面與螺紋軸線的距離變化規律，確定單層螺紋橫截面輪廓線，將螺紋的最小特征確定軸向有限元網格尺寸；然后根據單螺距內軸向劃分的網格層數與相鄰層之間的旋轉角度關系確定周向有限元網格數量，通過螺栓螺紋端面四邊形網格拉伸，形成單層六面體網格，對其進行復制、旋轉、節點替代得到單螺距螺栓六面體網格模型；最后再根據公母螺紋齒數，對單螺距網格做復制、平移得到完整螺栓螺紋部分的六面體網格模型。因此，本發明的六面體有限元網格劃分方法無須建立公母螺紋的實體三維模型，無須大量節點坐標計算。

技術領域

本發明涉及有限元仿真技術領域，具體涉及模擬螺紋配合的六面體有限元網格劃分方法。

背景技術

螺紋連接是一種廣泛使用的可拆卸的固定連接，具有結構簡單、連接可靠、裝拆方便等優點。

在車身和底盤連接形式(螺紋聯接、焊接、鉚接、膠粘等)中，最常見且應用最廣泛的方式是螺紋聯接，其聯接性能的好壞直接影響整車的振動模態和安全性能。由于螺紋聯接工作時的壓緊力和摩擦力矩等物理量無法直接被測量，利用有限元仿真技術對其進行應力分析、疲勞分析，就成為研究車身-底盤系統聯接件松動原理的必經之路。

現有技術中也有解決上述問題的技術方案，例如：1)將錐螺紋接頭通過創建參考面與模型表面生成交線，劃分六面體網格，但必須建立螺栓螺母的三維模型，網格質量和仿真精度受限于三維模型的準確程度；2)在有限元軟件中對螺栓模型的關鍵幾何尺寸進行參數化設定，但該方法較為復雜，坐標計算量大。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種無須建立實體螺紋三維模型的模擬螺紋配合的六面體有限元網格劃分方法。

本發明提供的模擬螺紋配合的六面體有限元網格劃分方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，采集螺栓和螺母配合狀態下一個螺距內螺紋軸向橫切面中的結構尺寸；

步驟二，獲取螺栓和螺母的徑向截面中螺紋牙頂和螺紋牙底上所有點到螺紋軸線的距離的變化規律，然后根據結構尺寸和變化規律，通過CATIA或UG制圖軟件繪制螺栓與螺母配合時嚙合端面上的螺栓外螺紋輪廓線、螺母內螺紋輪廓線、螺栓網格分界線以及螺母網格分界線，得到平面圖形；

步驟三，將螺紋牙頂作為最小局部特征，根據最小局部特征確定網格的軸向尺寸l和單螺距內網格的層數N，根據層數N及周向網格節點的重合關系，確定螺栓外螺紋輪廓線上的節點數量n；

步驟四，通過CATIA或UG制圖軟件給平面圖形添加一個軸向尺寸l，將平面圖形導入有限元軟件HYPERMESH，通過quick edit功能，使得螺栓網格分界線以外的橢圓環體被節點徑向連接形成的n個面均分，從而得到網格實體；

步驟五，在有限元軟件HYPERMESH中，通過automesh功能，根據所述節點將所述網格實體的端面自動劃分二維平面四邊形網格；

步驟六，在有限元軟件HYPERMESH中，通過linear solid功能，將二維平面四邊形網格軸向拉伸一個軸向尺寸l，生成所述端面上的一層六面體網格；

步驟七，在有限元軟件HYPERMESH中，先通過translate功能，復制步驟六所述六面體網格中的螺栓網格分界線之外的六面體網格，并軸向平移所述軸向尺寸l，再通過rotate功能，將復制得到的所述螺栓網格分界線之外的六面體網格以螺栓的中心軸為軸心沿螺紋變化方向旋轉一個網格層錯角，然后復制步驟六所述六面體網格中的螺栓網格分界線以內的六面體網格并直接沿軸向平移軸向尺寸l，得到第二層六面體網格；

步驟八，在有限元軟件HYPERMESH中，通過replace功能，替換步驟七螺紋嚙合區域六面體網格中螺紋嚙合表面上的使相鄰兩層六面體網格表面不連續的節點；