[發明專利]有限元建模中無約束運動和低剛度連接的快速檢測方法

在審

• 申請號: 202111549999.1
• 申請日: 2021-12-17
• 公開（公告）號: CN114647901A
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: H·哈克尼斯;侯賽因·埃什拉吉;侯賽因·哈拉蒂安
• 申請（專利權）人: 達索系統西姆利亞公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F17/16;G06F119/14
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理有限公司 11270
• 代理人: 孟媛;李維鳳

有限元建模中無約束運動和低剛度連接的快速檢測方法。一種用于對計算機輔助繪圖(CAD)應用中的初始有限元(FE)模型的各部件之間的無約束或低剛度連接進行檢測的、由計算機實現的方法。將初始FE模型的剛度矩陣變換為約化剛度矩陣。在約化剛度矩陣中確定奇異模態。將多個奇異模態識別為與FE模型的各部件之間的無約束或低剛度連接相對應。

技術領域

本發明涉及模型模擬開發，更具體地涉及對有限元模型中的各部件之間的無約束運動和低剛度連接的檢測。

背景技術

建模機械系統的正則模態分析確定了模型的特征振動形狀(正則模態)和相應的固有頻率。有限元模型中的各部件之間的無約束或低剛度連接可能表明有限元模型沒有對機械系統的至少一個特征進行適當地考慮。因此，期望對有限元模型中的這種模態進行快速檢測和校正。

在對機械系統的有限元模型進行測試時，尤其是在初始測試期間，可能很難檢測并且識別部件之間的無約束或低剛度連接。系統地確定有限元模型各部件之間的無約束或低剛度連接的常用方法包括對有限元模型的固有頻率提取進行模擬，以識別具有零頻率的變形模態。例如，在SIMULIA用戶協助文檔部分“有限元分析分析分析程序動態應力/位移分析固有頻率提取”(AbaqusAnalysisAnalysis ProceduresDynamic stress/displacement analysisNatural frequency extraction)中對有限元模型的固有頻率提取進行了討論。

用于系統地確定有限元模型各部件之間的無約束或低剛度連接的另一種方法是對有限元模型的剛度矩陣進行奇異值分解。例如，在https://en.wikipedia.org/wiki/singulal_value_decomposition中對奇異值分解技術進行了討論。用于系統地確定有限元模型各部件之間的無約束或低剛度連接的第三種方法涉及對來自有限元模型的剛度矩陣的下-上(LU)分解的奇異點進行探討。例如，在https://en.wikipedia.org/wiki/LU_decomposition中對LU分解進行了討論。在https://help.solidworks.com/2020/english/solidworks/cworks/hidd_contact_visualiza tion_plot.htm中討論了提供LU分解工具的商業建模平臺的一個示例。

遺憾的是，每種方法都需要大量的計算時間和資源。例如，有限元模型通常涉及n×n剛度矩陣，其中，“n”為數百萬個，因此，所列出的應用于n×n方程組的方法的計算時間可能超過一個小時。此外，大多數有限元分析人員在進行預期的模擬之前，通常不執行固有頻率提取或奇異值分解以檢查各部件之間是否存在任何無約束或低剛度連接。

確定有限元模型中的各部件之間的無約束或低剛度連接的一種后退方法是，分析人員試圖運行所期望的靜態或其他模擬，該模擬要么以關于奇異模型的不明確的消息而中止，要么可能報告不切實際的解決方案。在診斷問題的過程中，分析人員可能最終確定問題的根源是無約束的位移模態。因此，在該行業中有必要解決這些缺點中的一個或多個缺點。

發明內容

本發明的實施例提供了一種用于對有限元建模中的各部件之間的無約束運動和低剛度連接進行快速檢測的方法。在有限元建模中，各部件之間的無約束運動和低剛度連接通常會產生問題。使有限元分析人員快速地注意到這些模態(或自動地解析這些問題)增加了有限元建模軟件的可用性和魯棒性。