[發明專利]一種用于貝殼珍珠母微結構有限元分析的建模方法

有效

• 申請號: 202011565362.7
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112685936B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 郭懿霆;王軍;林謝偉;崔燦;佟陽;閆奕含
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

本發明涉及一種用于貝殼珍珠母微結構有限元分析的建模方法，本發明實現了有限元高效率與高精度建模，可廣泛用于各種類型的有限元分析工作，解決了現有建模方法效率低、精度低的缺點。如在進行Cohesive單元有限元建模、具有尺度效應結構參數化分析有限元建模與大批量網格有限元建模時有很好的適用性。

技術領域

本發明涉及一種用于貝殼珍珠母微結構有限元分析的建模方法，該方法用于有限元仿真分析模型建立。適用對象包括Cohesive單元有限元建模、具有尺度效應結構參數化分析有限元建模及大批量網格有限元建模。

背景技術

有限元分析常用于結構分析，在進行貝殼珍珠母微結構有限元分析過程中，需進行復雜單元建模、具有尺度效應結構參數化分析建模及大批量網格建模，傳統建模方法建模難度大、效率低、精度不能滿足計算要求。這些問題的存在，使得有限元分析困難較大，目前傳統建模主要為以下方法：

通過CAE軟件進行建模，首先建立幾何模型，再進行網格劃分，此部分工作較為繁雜，花費時間較多，效率低；

通過CAE軟件建立大批量網格時，網格精度較低，網格規則程度不能滿足計算要求，需要進行大量的修補工作，建模效率低；

在對特定單元建模時，如Cohesive單元，通過CAE軟件建模實現難度較大；現階段，對于Cohesive單元建模，一般通過程序對已建好的單元進行處理，在單元間插入Cohesive單元來實現；此種方法可用于小批量單元建模，當對大批量單元建模時，其效率低下。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服上述現有技術的不足，提供一種用于復雜結構建模、參數化建模方法。實現了復雜結構高效率高精度建模，實現有限元模型高效率高精度參數化分析，使有限元分析效率及精度大大提升，滿足現階段貝殼珍珠母微結構有限元分析需求。

本發明的通過以下技術方案予以實現：一種用于貝殼珍珠母微結構有限元分析的建模方法，步驟如下：

(1)根據貝殼珍珠母微結構的幾何形狀進行有限元網格劃分，具體按照零厚度Cohesive單元來模擬貝殼珍珠母微結構中的軟結構，利用四節點單元或六面體實體單元來模擬貝殼珍珠母微結構中的硬結構；

(2)確定網格中網格節點序號及網格序號生成方式，網格節點序號及網格序號生成方式相同；根據所述的生成方式確定網格節點序號及網格序號生成函數；

(3)根據網格節點序號及網格序號生成函數結合步驟(1)中劃分的有限元網格，確定貝殼珍珠母微結構網格節點序號及網格序號；

(4)根據網格節點序號及網格序號生成方式確定貝殼珍珠母微結構的網格節點數據和網格數據；

所述的網格數據為網格序號及同一網格下的網格節點序號；網格節點數據為網格節點序號及其對應的坐標值；

(5)對生成的網格節點數據及網格數據以及相應材料屬性、載荷、邊界條件及仿真參數按照有限元分析需要的計算文件格式進行整理，完成建模。

優選的，當步驟(1)中劃分的有限元網格為二維網格時，網格節點序號及網格序號生成方式均由兩位數進行表達，其中十位數為豎直方向序號，個位數為水平方向序號。

優選的，網格節點序號及網格序號生成函數表達式為：F(x)＝x，F(y)＝y，x代表水平方向序號、y代表豎直方向序號。

優選的，針對零厚度四節點Cohesive單元的重合網格節點處理方式為將重合網格節點假設由原網格節點分裂而成，分裂方向有三個方向，X軸、Y軸及45度方向；其中，X方向Cohesive單元分裂方向為X軸方向，Y方向Cohesive單元分裂方式為Y軸方向，為二節點分裂方式；X與Y相交處節點分裂方向為X軸、Y軸及45度方向，為四節點分裂方式。

優選的，步驟(4)中通過下述方式確定網格節點數據和網格數據：