[發明專利]一種用于桿端關節剛度計算的自由型面網格劃分方法

在審

• 申請號: 202111207872.1
• 申請日: 2021-10-18
• 公開（公告）號: CN113987864A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 王金輝;譚方;張運珍;唐維;黃友劍
• 申請（專利權）人: 株洲時代新材料科技股份有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T17/20
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所(普通合伙) 31251
• 代理人: 王法男

本發明公開了一種用于桿端關節剛度計算的自由型面網格劃分方法，包括對自由型面的尖角區進行鈍化處理，以第一圓弧段中點、第二圓弧段與第一直線段交點、第三圓弧段中點為基礎控制點，將自由型面進行分段；從基礎控制點向桿端關節本體方向延伸出基礎控制線，從而通過基礎控制線將二維截面上位于自由型面內側的面域切割為多個閉合或不閉合的子面域；將子面域分別進行四面體網格布局形成全截面網格布局；本發明對包含尖角區的自由型面進行網格劃分處理，通過鈍化處理提高了尖角區剛度計算過程中的精度，通過對自由型面的分段處理，更好的對自由型面進行了面域切割，提高了自由型面后續有限元分析及剛度計算過程中的精度及計算效率。

技術領域

本發明涉及有限元分析的網格劃分技術領域，具體涉及一種用于桿端關節剛度計算的自由型面網格劃分方法。

背景技術

桿端關節是一種安裝于桿端的柔性連接，包括連桿關節和牽引桿關節、旋翼柔性連接，被廣泛應用于軌道交通和航空航天等領域的操縱和動力傳遞系統中；桿端關節通常是由芯軸、隔片、外接頭和橡膠硫化而成，按照結構形式分為單層桿端關節和多層桿端關節，其中，多層桿端關節是指包含多層橡膠和多層隔片的金屬橡膠硫化桿端軸承，多層桿端關節具備更好的多軸承載能力，可以同時承受較大的徑向載荷、軸向載荷、扭轉載荷和偏轉載荷等復合載荷。

多層桿端關節在開發過程中，桿端軸承疲勞壽命的評估是非常關鍵的項點。桿端軸承疲勞壽命的評估有試驗法和有限元仿真分析法，考慮到試驗法的周期及成本，目前有限元仿真分析法應用越來越廣泛，在前期預研和設計階段采用有限元仿真分析法代替試驗測試，減少試制和試驗次數，提高桿端軸承的一次性設計成功率，縮短桿端軸承的開發周期，降低桿端軸承的開發成本。

多層桿端關節疲勞壽命的仿真分析難點在于分析的精度及效率，如何保證既能保證計算結果的準確性，又能提高仿真分析的效率，網格劃分尤為重要，按照常規網格劃分的方法，是對每層橡膠和每層隔片單獨劃分二維和三維網格，該方法對于這類多層結構桿端軸承的網格劃分效率較低，尤其有些旋翼柔性連接桿端軸承有三十多層橡膠和隔片，僅劃分網格就需要一周時間，因此，常規的網格劃分方法難以平衡滿足該類多層桿端關節的仿真精度及效率。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種用于桿端關節剛度計算的自由型面網格劃分方法，解決了桿端關節中橡膠層與隔片層間剛度計算精度不足，從而導致的仿真分析數據不準確、效率不高的問題。

本發明為了解決現有技術問題所采用的技術方案如下：

提供一種用于桿端關節剛度計算的自由型面網格劃分方法，包括：獲取桿端關節二維截面及自由型面，所述自由型面包括尖角區，所述尖角區至少包括相交的第一圓弧段和第二圓弧段、與所述第二圓弧段相交的第一直線段及與所述第一直線段另一端相交的第三圓弧段；

對所述自由型面的尖角區進行鈍化處理，所述鈍化處理包括將所述第二圓弧段與所述第一圓弧段的交點拖至所述第一圓弧段中點；

以所述第一圓弧段中點、第二圓弧段與第一直線段交點、第三圓弧段中點為基礎控制點，將所述自由型面進行分段；

從所述基礎控制點向桿端關節本體方向延伸出基礎控制線，從而通過基礎控制線將二維截面上位于自由型面內側的面域切割為多個閉合或不閉合的子面域；

將所述子面域分別進行四面體網格布局形成全截面網格布局。

進一步地，從所述第一圓弧段中點延伸出基礎控制線時，具體包括以下步驟：

獲取所述第一圓弧段中點及自由型面內側端點、第二圓弧段中點，連接所述第一圓弧段中點及端點，形成第一輔助線；連接所述第二圓弧段中點及第一圓弧段中點，形成第二輔助線；所述第一輔助線與第二輔助線形成夾角α，以所述第一圓弧段中點為起點，做角度為α/2的直線為第一基礎控制線。

進一步地，從所述第三圓弧段中點延伸出基礎控制線時，具體包括以下步驟：