[發明專利]一種各向異性材料的應力應變分析方法

在審

• 申請號: 202210397335.6
• 申請日: 2022-04-15
• 公開（公告）號: CN114757073A
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 董少靜;李子儀;宋偉;申秀麗;張碩
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;中國航發沈陽發動機研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F113/26;G06F119/14
• 代理公司: 北京天匯航智知識產權代理事務所(普通合伙) 11987
• 代理人: 黃川

本發明提出了一種各向異性材料的應力應變分析方法，其特征在于包括以下步驟：S1建立各向異性材料的幾何模型，并將該幾何模型進行網格劃分得到孤立網格模型；S2對于所述孤立網格模型中的每個網格單元，均進行處理以獲得每個網格單元的方向向量；S3使用步驟S2獲得的孤立網格模型的每個網格單元的方向向量來創建離散域；S4利用離散域為所述孤立網格模型的每個網格單元進行材料坐標鋪設。

技術領域

本發明涉及各向異性材料的應力應變分析領域，尤其涉及一種各向異性材料的孤立網格坐標映射方法。

背景技術

陶瓷材料屬于各向異性材料，具有耐高溫、密度低、耐腐蝕、硬度高等特點，因此被廣泛應用于航空發動機等設備中，例如，火焰筒、渦輪導葉、渦輪外環、尾噴管等。但由于航空發動機對其性能和穩定性有著嚴苛的要求，故需要對這些各向異性材料的應力應變進行分析。

現有的對包括陶瓷基復合材料等的等各向異性材料應力應變分析方法，在建立網格模型時無法兼顧網格質量和單元坐標鋪設，從而使得網格質量受到限制，并且現有技術中采用的離散方法在網格模型中進行單元坐標鋪設，使得由于網格離散，面和線不易選擇從而在進行復雜的網格單元鋪層設計時難以確定材料方向。上述因素導致對陶瓷基復合材料的應力應變分析不夠準確和精確，難以充分保證陶瓷復合材料部件等各向異性材料的性能和穩定性，無法滿足本領域對各向異性材料的應力應變分析需求。

因此，需要一種能夠更好地對各向異性材料進行應力應變分析的方法，從而提高各向異性材料部件的性能和穩定性。

發明內容

為了解決現有技術中的問題和缺陷，本發明提出了一種各向異性材料的應力應變分析方法，該方法采用孤立網格坐標映射方法建立模型，可以實現具有復雜鋪層設計部件的單元坐標鋪設，進而對各向異性材料進行應力應變分析。

根據本發明的一個實施方式提供了一種各向異性材料的應力應變分析方法，該方法包括以下步驟：S1建立各向異性材料的幾何模型，并將該幾何模型進行網格劃分，得到孤立網格模型；S2對于所述孤立網格模型中的每個網格單元，均進行處理以獲得每個網格單元的方向向量；S3使用步驟S2獲得的孤立網格模型的每個網格單元的方向向量來創建離散域；S4利用離散域為所述孤立網格模型的每個網格單元進行材料坐標鋪設。

可選地，根據本發明的另一個實施方式中，所述步驟S2進一步包括以下步驟：S2-1獲取所述孤立網格模型中的每個網格單元的中心點的坐標；S2-2獲取所述孤立網格模型中的每個網格單元中心點在幾何線上投影點處的切向量v1和在幾何面上投影點處的法向量v3；S2-3保持所述網格單元的v1不變，修正v3，使得v1垂直于v3；S2-4在v1和v3的基礎上，通過右手定則獲得v2，從而得到網格單元的三個方向向量。

可選地，根據本發明的另一個實施方式中，所述步驟S2-1包括：以網格單元所有節點坐標的平均值作為網格單元中心點坐標。

可選地，根據本發明的另一個實施方式中，所述步驟S2中使用Abaqus對于所述孤立網格模型中的網格單元進行處理獲得每個網格單元的方向向量。

可選地，根據本發明的另一個實施方式中，所述步驟S2-2包括:在Abaqus中使用getCurvature函數獲得網格單元的中心點在幾何線上投影點處的切向量v1，使用Getnormal函數獲得網格單元的中心點在幾何面上投影點處的法向量v3。

可選地，根據本發明的另一個實施方式中，所述步驟S2-3包括：取坐標變化量最小的修正向量作為最終法向軸方向。