[發(fā)明專利]一種高能束加工菱形圖案的平板有限元網(wǎng)格參數(shù)化建模方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910168671.1
• 申請日: 2019-03-06
• 公開（公告）號: CN109948206B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣建偉;邱浩;王樹有;門建兵;李梅
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安;付雷杰

本發(fā)明提供了一種高能束加工菱形圖案的平板有限元網(wǎng)格參數(shù)化建模方法，利用節(jié)點構(gòu)造菱形六面體網(wǎng)格，完成包含高能束槽線的平板網(wǎng)格劃分；然后補(bǔ)齊平板網(wǎng)格四周四個端面；接著根據(jù)高能束槽線與平板寬度和高度方向上的比例關(guān)系，確定高能束槽線缺陷區(qū)的單元數(shù)；其次分別沿平板寬度和高度方向刪除高能束槽線缺陷區(qū)的區(qū)域網(wǎng)格完成建模；最后根據(jù)有限元軟件的格式要求輸出網(wǎng)格的節(jié)點和單元信息。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)不同幾何特征的高能束加工菱形圖案的平板有限元網(wǎng)格建模，方法簡便且效率高，供彈體做強(qiáng)度分析。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及彈藥技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高能束加工菱形圖案的平板有限元網(wǎng)格參數(shù)化建模方法。

背景技術(shù)

為了提高戰(zhàn)斗部的威力，采用高能束預(yù)控技術(shù)，可以使彈體在爆轟加載下獲得形狀和質(zhì)量比較一致的預(yù)控破片，從而提高戰(zhàn)斗部威力。高能束預(yù)控技術(shù)是使用電子束、激光束或者離子束等高能束將材料局部迅速加熱到融化狀態(tài)，彈體將融化的金屬迅速冷卻，在彈體上形成區(qū)域單元控制彈體的破碎。高能束菱形刻槽是指高能束刻槽的單元形狀為菱形。在進(jìn)行彈體高能束菱形刻槽設(shè)計時，需要對菱形刻槽的彈體強(qiáng)度進(jìn)行分析，一般地可在彈體上取一平板試件進(jìn)行分析。通過對高能束刻槽平板拉伸試驗，可研究不同刻槽參數(shù)對彈體強(qiáng)度的影響，結(jié)合數(shù)值模擬分析，可獲得高能束刻槽對彈體強(qiáng)度的影響規(guī)律。然而，由于平板高能束菱形刻槽的幾何形狀較為復(fù)雜，高能束加工的區(qū)域組成復(fù)雜，包含融化區(qū)、過渡區(qū)和缺陷區(qū)，如圖1所示。

然而，由于平板菱形刻槽的幾何形狀較為復(fù)雜，利用商業(yè)建模軟件實現(xiàn)平板菱形刻槽的有限元網(wǎng)格的建立非常耗時。首先建立菱形刻槽平板的三維模型，然后導(dǎo)入有限元軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，一般采用四面體網(wǎng)格劃分，精度不高；若采用六面體網(wǎng)格，需要先對其中一個刻槽進(jìn)行劃分，然后鏡像復(fù)制到其他刻槽，但是如果每個刻槽的角度不同，就不能直接鏡像，還需要重新劃分，步驟繁瑣。另外，如需改變刻槽特征尺寸，則需要重新劃分有限元網(wǎng)格，建模上大量的重復(fù)操作既繁瑣又易出錯，嚴(yán)重影響設(shè)計效率。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種高能束加工菱形圖案的平板有限元網(wǎng)格參數(shù)化建模方法，能夠?qū)崿F(xiàn)不同幾何特征的高能束加工菱形圖案的平板有限元網(wǎng)格建模，方法簡便且效率高，供彈體做強(qiáng)度分析。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種高能束加工菱形圖案的平板有限元網(wǎng)格參數(shù)化建模方法，包括以下步驟：

步驟一、利用節(jié)點構(gòu)造菱形六面體網(wǎng)格，完成包含高能束槽線的平板網(wǎng)格劃分；

步驟二、補(bǔ)齊平板網(wǎng)格四周四個端面；

步驟三、根據(jù)高能束槽線與平板寬度和高度方向上的比例關(guān)系，確定高能束槽線缺陷區(qū)的單元數(shù)；

步驟四、分別沿平板寬度和高度方向刪除高能束槽線缺陷區(qū)的區(qū)域網(wǎng)格完成建模；

步驟四、根據(jù)有限元軟件的格式要求輸出網(wǎng)格的節(jié)點和單元信息。

進(jìn)一步地，以平板長度方向為X方向，所述步驟一的具體方法為：

步驟101、計算笛卡爾坐標(biāo)系下X、Y和Z方向的剖分?jǐn)?shù)，并設(shè)定Z方向的剖分?jǐn)?shù)；

步驟102、根據(jù)所述X、Y和Z方向的剖分?jǐn)?shù)生成節(jié)點；

步驟103、沿X正方向移動節(jié)點，使所述移動節(jié)點與原Y向的節(jié)點連線與X方向呈刻槽角度的一半；

步驟104、根據(jù)刻槽深度、平板厚度及Z方向剖分?jǐn)?shù)確定高能束槽線Z方向刻槽的網(wǎng)格區(qū)域；

步驟105、Z方向移動節(jié)點使槽底節(jié)點和刻槽深度一致；同時Z方向移動節(jié)點使槽線缺陷區(qū)上層節(jié)點與缺陷區(qū)高度一致；

步驟106、利用節(jié)點構(gòu)造菱形單元，得到包含高能束槽線的菱形六面體網(wǎng)格。

進(jìn)一步地，所述步驟二的具體方法為：