[發(fā)明專利]一種基于有限元模型的全六面體單元加密方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011497634.4
• 申請(qǐng)日: 2020-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN112613209A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 莊三少;陳秀華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06F21/60
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

本發(fā)明涉及一種基于有限元模型的全六面體單元加密方法，該方法基于有限元模型對(duì)六面體單元進(jìn)行拓?fù)浠瘮?shù)據(jù)重構(gòu)；將轉(zhuǎn)化后的單元構(gòu)建拓?fù)鋯卧Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；將拓?fù)鋯卧Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)劃分成目標(biāo)單元和周邊單元，所述目標(biāo)單元為需要細(xì)分的單元，將各單元采用單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表示，并獲取六面體單元的過渡單元；最后更新單元模型拓?fù)鋽?shù)據(jù)，重復(fù)進(jìn)行多級(jí)細(xì)分。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有能夠?qū)崿F(xiàn)六面體單元有限元模型任意位置的任意尺度的單元細(xì)分、可自動(dòng)化進(jìn)行、實(shí)現(xiàn)靈活等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及有限元建模技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于有限元模型的全六面體單元加密方法。

背景技術(shù)

在疲勞裂紋擴(kuò)展分析領(lǐng)域，裂紋尖端的單元密度和單元類型對(duì)應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算精度影響巨大。一般情況下四面體單元網(wǎng)格可以近似表示任意形狀的幾何體，在結(jié)構(gòu)有限元分析領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但四面體單元無法計(jì)算剪切應(yīng)力，相比于六面體單元，獲得同等計(jì)算精度情況下，四面體單元數(shù)量比六面體單元數(shù)量多幾倍。而且六面體單元可以引入附加形函數(shù)，可以進(jìn)一步提高計(jì)算精度。相比于四面體單元，六面體單元因其計(jì)算精度高，在疲勞裂紋擴(kuò)展有限元分析領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛使用。

然而相比于四面體單元，六面體單元的劃分難度大，且對(duì)于復(fù)雜模型無法自動(dòng)劃分。有限元分析計(jì)算精度和單元密度有關(guān)，通常情況下在一些關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)要求單元密度大，在一些遠(yuǎn)端處則用比較稀疏的單元，這樣做可以在保證單元數(shù)量不大的情況下取得比較滿意的計(jì)算精度，因此進(jìn)行單元局部加密就顯得非常重要。一般情況下能實(shí)施局部加密的都是四面體單元，對(duì)于四面體單元目前的單元?jiǎng)澐炙惴ê蛦卧植考用芩惴ǘ急容^成熟，可以進(jìn)行自動(dòng)化單元加密，但是四面體單元計(jì)算精度比六面體單元要差，為了取得較好的計(jì)算精度，一般建議使用六面體單元進(jìn)行有限元計(jì)算。

六面體單元有限元模型可采用一般有限元前處理軟件生成，但是目前普遍存在的一個(gè)問題是如何對(duì)六面體單元進(jìn)行局部加密。通常的方法是在有限元建模單元生成的時(shí)候就指定一個(gè)很細(xì)的單元尺寸，這樣做可以達(dá)到單元細(xì)分的目的，但是模型單元成倍增加，在一些不需要加密的區(qū)域也進(jìn)行加密，顯然不合適，增加了處理成本且不夠靈活。通常情況下重新生成有限元模型成本太大，大多數(shù)情況下是對(duì)現(xiàn)有模型進(jìn)行加密，那么如何對(duì)現(xiàn)有模型進(jìn)行局部加密，顯然現(xiàn)有有限元前處理軟件都無法進(jìn)行六面體單元局部加密。

目前對(duì)于六面體單元的單元局部加密方法，現(xiàn)有技術(shù)提出了一些過渡模板方法被，這些方法對(duì)六面體單元加密自動(dòng)化方法的實(shí)現(xiàn)提供了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。中國(guó)發(fā)明專利CN103729506A提出了一種復(fù)雜模型全六面體單元重塑方法，但是該方法只能對(duì)掃掠單元進(jìn)行加密，本質(zhì)上是二維面單元加密方法，無法適用于任意結(jié)構(gòu)的三維六面體局部單元加密，且該方法僅限于在生成有限元單元時(shí)使用，無法對(duì)現(xiàn)有有限元模型進(jìn)行操作，且在過渡區(qū)域需要采用四面體和五面體進(jìn)行臨時(shí)過渡，需要大量的人工手工操作，無法進(jìn)行全自動(dòng)化進(jìn)行。中國(guó)發(fā)明專利CN103116682A提出一種有限元孔的裂紋單元構(gòu)造方法，該方法可以對(duì)孔區(qū)域進(jìn)行單元生成和加密，但是僅限于生成四面體單元。綜上，目前還沒有全六面體單元自動(dòng)化單元局部多級(jí)加密方法提出。顯然對(duì)任意六面體單元的局部區(qū)域進(jìn)行加密的方法成為了目前業(yè)界的技術(shù)瓶頸，急需相應(yīng)的技術(shù)方法來滿足業(yè)界需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于有限元模型的全六面體單元加密方法，該方法將拓?fù)鋷缀螖?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方法應(yīng)用在有限元單元細(xì)分上，可對(duì)全六面體有限元模型進(jìn)行任意的局部多次自動(dòng)化全六面體單元加密。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種基于有限元模型的全六面體單元加密方法，該方法基于拓?fù)鋷缀螖?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括如下步驟：

S1：對(duì)有限元六面體單元進(jìn)行拓?fù)浠瘮?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，即對(duì)六面體單元拓?fù)浠瘮?shù)據(jù)重構(gòu)，具體步驟包括：

1.1)將每一個(gè)六面體單元定義為quad8，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由6個(gè)拓?fù)涿娼M成；

1.2)將單元中每一個(gè)拓?fù)涿娑x為face，其由4條拓?fù)溥吔M成；