[發明專利]一種復雜結構的精細有限元模型快速生成方法

在審

• 申請號: 202110350620.8
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113536617A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 張博;張壹哲;孫東生;袁從敏
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 房鑫

1.一種復雜結構的精細有限元模型快速生成方法，其特征在于，包括以下步驟：

在待劃分幾何模型中等距截取平行于任意基準面的剖面圖像，獲得剖面圖像序列；

對剖面圖像序列進行預處理，得到二值圖像；

根據二值圖像生成全局網格；

確定二值圖像的像素值等于零對應的全局網格中的背景網格的位置，并刪除全局網格中二值圖像的像素值等于零對應的背景網格，得到待劃分幾何模型的有限元模型。

2.根據權利要求1所述的一種復雜結構的精細有限元模型快速生成方法，其特征在于，等距剖面圖像的獲取過程具體如下：確定待劃分幾何模型中的任意一基準面和截取區間，輸入截取間距Δz；

從確定的基準面開始截取第一張剖面圖像并保存，然后按照截取間距Δz截取下一張剖面圖像，直至截取區間截取完畢。

3.根據權利要求1所述的一種復雜結構的精細有限元模型快速生成方法，其特征在于，對剖面圖像進行預處理的過程如下：

裁剪每張剖面圖像的邊緣，然后設置灰度標準，比較每張剖面圖像的像素值和設置的灰度標準之間的大小關系，并令每個像素值非0即1。

4.根據權利要求3所述的一種復雜結構的精細有限元模型快速生成方法，其特征在于，比較每張剖面圖像的像素值和設置的灰度標準之間的大小關系，并令每個像素值非0即1后，還根據

s_p＝l/n_l/Δz

將每張剖視圖像放大s_p倍，式中：l為待劃分幾何模型中任意一邊的尺寸，n_l為l對應在剖面圖像上的像素數，Δz為待劃分幾何模型中截取平行于任意基準面的剖面圖像的間距。

5.根據權利要求1所述的一種復雜結構的精細有限元模型快速生成方法，其特征在于，根據二值圖像生成全局網格的具體步驟如下：

設定二值圖像序列路徑、網格邊長s_e、材料屬性和待劃分幾何模型中截取平行于任意基準面的剖面圖像的間距Δz；

由二值圖像的橫向像素數目n_w和縱向像素數目n_h獲得有限元模型的長度a和寬度b，由剖面圖像的數目n_z和Δz獲得有限元模型的h；

創建邊長為s_e的面網格，沿著x軸生成一行面網格，沿著y軸生成一層面網格；

以h為總長，以n_z為生成網格的層數，沿z軸方向生成全局網格。

6.根據權利要求5所述的一種復雜結構的精細有限元模型快速生成方法，其特征在于，所述材料屬性包括有限元模型的楊氏模量、泊松比和密度。

7.根據權利要求1所述的一種復雜結構的精細有限元模型快速生成方法，其特征在于，得到待劃分幾何模型的有限元模型的具體步驟如下：

獲取二值圖像的像素值v_p＝0的位置，結合網格邊長s_e、剖面圖像的數目n_z、待劃分幾何模型中截取平行于任意基準面的剖面圖像的間距Δz及二值圖像的橫向像素數目n_w和縱向像素數目n_h計算獲得像素值v_p＝0對應的全局網格中的背景網格的位置，將像素值v_p＝0對應的全局網格中的背景網格逐層刪除，得到待劃分幾何模型的有限元模型。

8.根據權利要求1所述的一種復雜結構的精細有限元模型快速生成方法，其特征在于，在得到待劃分幾何模型的有限元模型后，根據二值圖像生成全局網格中輸入的材料屬性，設置單元屬性，生成供通用有限元分析求解器處理的有限元模型CDB文件。