[發明專利]一種金屬網套的三維建模方法及其等效模型建模方法

有效

• 申請號: 202110563352.8
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113297762B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發明（設計）人: 陳崇昆;黃大成;薛雄建;趙繼方;劉艷;王昭君
• 申請（專利權）人: 航天晨光股份有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T17/00;G06F119/14
• 代理公司: 北京立成智業專利代理事務所(普通合伙) 11310
• 代理人: 奚益民

一種金屬網套的三維建模方法及其等效模型建模方法，考慮金屬網套中金屬絲交疊編織的情況，建立金屬網套金屬絲的運動軌跡方程，由金屬絲的運動軌跡方程構建得到金屬網套三維模型，根據金屬網套三維模型結合金屬絲受力分析，得到金屬網套受力的等效模型，用于有限元分析。本發明提出一種金屬網套的三維建模方法，解決了絲與絲之間干涉、絲與絲之間接觸過多影響后續有限元計算準確度的問題，提高了計算效率，以金屬網套的軸向剛度為目標，建立金屬網套的絲?股等效模型，等效模型在線性階段可以很好的吻合實驗結果，提高了有限元分析的準確度。

技術領域

本發明屬于計算機技術領域，涉及對金屬網套的仿真建模，為一種基于軸向剛度理論的金屬網套用等效建模方法。

技術背景

金屬軟管是波紋管、網套和接頭的組合，金屬網套是由若干根金屬絲或者金屬帶以一定的螺旋角編織套裝在波紋管的外表面，是金屬軟管的重要組成部分，起到加強、屏蔽的作用，金屬網套不但提高了軟管的承載能力，還能承受較大的軸向拉力，可以彌補波紋管軸向剛度不足的缺點。

近些年來隨著計算機仿真技術的發展，在軟件中完成金屬網套的設計開發及性能驗證可以極大縮短研發周期。為了獲得更為準確的性能分析結果，建立一個有效實用的金屬網套建模方法至關重要。但對于金屬網套這一部件仿真建模時，在金屬網套絲數較多的情況下，建立3D模型會造成絲和絲之間相互干涉，同時在有限元計算中，太多絲和絲之間的接觸也會導致有限元計算的不收斂，因此需要對金屬網套進行等效。

金屬網套中，多根金屬絲匯成一股，再由股編織成金屬網套，目前大部分研究人員在做金屬網套的有限元計算時會以金屬網套的股作為單元建模，而不以絲作為單位建模，但對于金屬網套的性能而言，實際受力的是每股絲中的每一根絲，這導致以股為單位的模型在有限元分析中的準確度受到影響。

發明內容

本發明要解決的問題是：現有金屬網套的建模在絲數較多的情況下，模型的絲之間存在干涉；另外，現有以股為單元建模的方法會影響有限元分析的準確性。本發明對此提出了一種金屬網套建模方法，以及其等效模型的建立方法。

本發明的技術方案為：一種金屬網套的三維建模方法，包括以下步驟：

1)考慮金屬網套中金屬絲交疊編織的情況，建立金屬網套金屬絲的運動軌跡方程；

2)對運動軌跡曲線進行掃描，得到單根絲的螺旋線；

3)對單根絲以設定角度進行圓周陣列,得到一股鋼絲；

4)以一股鋼絲為單位再進行等距的圓周陣列,得到完整的金屬網套。

進一步的，金屬網套金屬絲的運動軌跡方程為：

式中，r₀為金屬網套半徑，θ為旋轉角度，即單根絲與水平方向的夾角，p為單根絲螺旋線的螺距，N為金屬絲在編織中的起伏次數，h為起伏高度。

基于上述建模方法得到的金屬網套三維模型，本發明還提出一種金屬網套的等效建模方法，對金屬網套建立有限元分析等效模型，取金屬網套中單絲來分析軸向剛度，并將金屬絲股看成梁來進行受力分析，將多絲受力和單股受力等效，進而得到金屬網套的受力等效模型。