[發明專利]一種薄壁機匣加工過程仿真局部網格動態細化的實現方法

在審

• 申請號: 202011089776.7
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112163361A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 蘇宏華;王洋;丁文鋒;趙正彩;徐九華;傅玉燦;陳燕;楊長勇;張全利
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T17/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹翠珍

本發明公開了一種薄壁機匣加工過程仿真局部網格動態細化的實現方法，首先，根據零件實際加工工況，利用Python語言編寫仿真前處理自動設置腳本程序；其次，對工件進行三維建模，根據實際工況設計刀軌，并導出刀軌文件，把刀軌離散為若干個刀位點，確定加工區域和需要細化的區域；然后，提取需要細化區域的粗網格信息，計算得到局部細化后的網格信息，并將原始輸入文件的粗網格信息進行替換，在后一步計算前完成前一步計算結果的承接；最后，提交新輸入文件進行計算。如果計算結束，則停止細化；若計算未結束，則繼續遍歷前一步的結果文件，完成下一步的局部網格細化工作，直至計算結束。本發明能夠準確和高效地預測大型薄壁零件加工過程的物理量分布情況。

技術領域

本發明涉及一種薄壁機匣加工過程仿真局部網格動態細化的實現方法，特別是將“生死”單元技術與網格動態細化技術相結合的有限元仿真方法。

背景技術

航空發動機是飛機的心臟，機匣是航空發動機的關鍵部件。為了獲得優異的使用性能，往往對機匣的加工工藝要求極高。目前，大型薄壁機匣零件加工的特點主要包括這幾個方面：整體性強、輕量化、強度要求高、材料去除量大、加工易變形和加工效率低等，屬于典型的難加工零件。

針對上述薄壁機匣零件加工的特點和存在的問題，采用有限元仿真技術開展相關研究成為了熱門課題，有限元軟件可以利用顯示動力學和隱式靜力學的方法對零件進行切削加工過程模擬，計算出加工過程的切削力、切削溫度、應力應變分布以及零件的變形量等。目前，在有限元仿真分析中，往往會對重點承載區域進行局部網格細化，而其他不重要的區域進行網格粗化，從而實現一定程度上計算效率的提高；或者采用自適應網格重劃分技術解決網格畸變導致的計算難以收斂的問題。例如，Alain Rassineux[1]針對二維金屬切削和斷裂仿真中的網格自適應技術進行了大量研究，在二維三角形網格自適應技術方面研究成果豐富；Martin [2]在二維金屬切削仿真中成功將局部二維四邊形網格動態細化技術進行了應用；浙江大學的畢云波等[3]針對航空整體薄壁結構件采用“生死”單元技術對零件加工變形進行了仿真預測；Fangtao Yang[4]在針對裂紋擴展仿真中的三維網格自適應技術進行了深入研究并且取得了一定的研究成果；清華大學的吳浩[5]深入研究了有限元后驗誤差理論，以Marc程序作為計算工具，將自適應有限元用于大壩有限元應力取值的研究；山東大學的趙國群等[6]長期致力于網格自適應生成技術的研究，并且已經開發出國產的自適應網格劃分軟件。綜上，通過國內外學者的研究發現，現如今二維三角形網格自適應劃分技術已經較為成熟，相應的網格劃分軟件也有相應開發，但是網格劃分軟件的開發只能完成前處理中對初始零件的網格進行單次劃分，與有限元仿真軟件的集成方面有所欠缺，而在三維網格動態自適應技術研究中，主要還集中于等材塑性變形和裂紋擴展時的局部網格細化，針對大材料去除量仿真中“生死”單元技術與網格自適應相結合的研究和應用存在明顯不足。

針對大尺寸、復雜整體結構件，往往網格數量眾多，造成計算成本極大，有限元仿真的效率因此會受到很大的影響；采用質量縮放技術能夠解決計算效率低的問題，卻避免不了計算結果準確性差的問題；此外，利用隱式靜力分析時，“生死”單元的選擇以及切削力的加載都過于依賴人工手動選取，工作量很大。綜上，目前仿真中存在仿真模型尺寸過大、結構復雜以及計算效率低、成本高的問題。因此，有必要建立一種高效、低成本的計算方法來改善該類大型薄壁零件加工過程仿真困難的局面。

發明內容

為了解決大型薄壁類零件加工過程仿真難、仿真慢的問題，本發明的目的是提供一種薄壁機匣加工過程仿真局部網格動態細化的實現方法，基于ABAQUS仿真軟件和Python語言開展局部網格動態細化研究，并結合“生死”單元技術，旨在實現在隨著材料的動態去除過程中，同步完成對去除部分的網格進行動態的局部細化。這樣不僅能夠在很大程度上減少零件劃分網格的總數，減少計算量，而且能夠實現仿真前處理的自動化設置，從而在能夠保證計算準確性的前提下，達到提高仿真計算效率的目標，能夠為實際生產和零件加工質量的提高提供有效保障和技術支持。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：