一种自定义应力函数的求解和可视化显示方法技术

一种自定义应力函数的求解和可视化显示方法，属于有限元数值模拟机械强度分析技术领域。本发明专利技术针对通用有限元软件对构件在不同工况条件下的应力状态进行特定理论要求的综合分析时可能会遇到的困难，其特征是：基于MSC.Marc/Mentat 2005软件对不同工况条件下构件的有限元应力分析结果，通过提取各工况条件下单元积分点的应力分量数据，在通用有限元软件之外设置并计算求解自定义应力函数数据，并通过数据替换的手段实现自定义应力函数数据在MSC.Marc/Mentat 2005有限元模型上的可视化显示。本发明专利技术的优点及积极效果在于实现方法简单易行，适用范围广，可避开专业软件或二次开发的使用局限。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有限元数值模拟机械强度分析领域，具体涉及一种自定义应力函数的 求解和可视化显示方法。 技术背景 有限元法是一种利用数学近似的方法对真实物理系统进行虚拟仿真的数值模拟 技术，可分析构件在外负载状态下的应力、应变和位移等场量信息。MSC. Marc/Mentat 2005 是国际著名的通用有限元分析软件，其中，MSC. Marc 2005是有限元分析模块，MSC. Mentat 2005是可视化的前后处理图形交互对话界面，其后处理可方便地以等值线、云图等方式显 示构件的有限元分析结果。 在机械强度分析领域，采用有限元法来计算构件在确定工况条件下的应力状态已 经被广泛应用，大多数通用有限元软件都可以实现该功能。但很多时候，设计者不但需要关 注构件在某一确定工况条件下的应力状态，还需要根据特定的理论要求对构件在不同工况 条件下的应力状态进行综合分析并将结果可视化显示，而这种综合分析以及可视化显示往 往超出了通用有限元软件本身的功能，因此只能选用专业软件或对通用有限元软件进行二 次开发。由于专业软件的发展始终落后于相关理论的发展，而且对通用有限元软件进行二 次开发对操作者要求较高，所以这种根据特定的理论要求对构件在不同工况条件下的应力 状态进行综合分析以及可视化显示的技术需求往往无法及时得到相应的技术支持，给工作 带来了很多困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用通用有限元分析软件MSC. Marc/Mentat 2005,提供一种自 定义应力函数的求解和可视化显示方法，来实现这种根据特定的理论要求对构件在不同工 况条件下的应力状态进行综合分析并将结果可视化显示的功能，解决当前存在的一些技术 困难。 本专利技术是通过以下技术方案实现的，其特征是：在计算机上基于MSC. Marc/ Mentat 2005软件实现，其实施步骤是： (1)在 MSC. Mentat 2005 软件用户界面 MAIN MENU 的 PREPROCESSING 下完 成以下操作：（1-1)在MESH GENERATION菜单下，设定COORDINATE SYSTEM选项为 RECTANGULAR，并建立所要分析构件的合格的三维全六面体网格模型；点击ELEMENT TYPES->MECHANICAL->3-D S0LID->7->0K，并选择所有单元，将所有单元的类型指定为8 节点六面体单元，连续两次点击RETURN返回到MESH GENERATION菜单下；点击SWEEP命 令，进入SWEEP菜单，在SWEEP下点击ALL，在REMOVE UNUSED下点击NODES和POINTS，点 击 RETURN 返回 MESH GENERATION 菜单下；点击 RENUMBER->ALL ;点击 MAIN 回到 MAIN MENU 界面；（1-2)在GEOMETRIC PROPERTIES菜单下，点击NEW，新建NAME名为geoml的几何特 性，并通过以下操作定义NAME名为geoml的几何特性：在MECHANICAL ELEMENTS下点击 3-D->S0LID->ASSUMED STRAIN-XK ;将NAME名为geoml的几何特性施加到所有单元；点 击 MAIN 回到 MAIN MENU 界面；（1-3)在 MATERIAL PROPERTIES 菜单下，点击 NEW，新建 NAME 名为material 1的材料特性，并通过以下操作定义NAME名为material 1的材料特性：在 MECHANICAL MATERIAL TYPES下点击ISOTROPIC，在相应ISOTROPIC PROPERTIES菜单下填写 所需的相关材料特性的数值，点击OK确认；将NAME名为materiall的材料特性应用到所有 单元；点击 MAIN 回到 MAIN MENU 界面；（1-4)在 BOUNDARY CONDITIONS 菜单下，在 BOUNDARY CONDITION CLASS下选中MECHANICAL，针对工况条件1、工况条件2……直至工况条件N下 的每一个约束条件和每一个载荷，分别新建不同的边界条件并分别命名，并加载到相应点、 线、面、节点、单元、单元边、单元面等元素上，N为所有工况条件的数量，且N为正整数，设置 完毕后点击MAIN回到MAIN MENU界面； (2)在MSC. Mentat 2005软件用户界面MAIN MENU的ANALYSIS下完成以下操 作：（2-1)在JOBS菜单下，通过以下操作设置工况条件1对应的jobl并提交有限元计算： 点击 NEW，新建 NAME 名为 jobl，在 ANALYSIS CLASS 下选中 MECHANICAL，在 MECHANICAL ANALYSIS CLASS菜单下选中 INITIAL LOADS，在 SELECT INITIAL LOADS菜单下的 BOUNDARY CONDITIONS下选中工况条件I下的所有约束条件以及所有载荷对应的边界条件名，点击OK 确认并返回上级菜单；在MECHANICAL ANALYSIS CLASS菜单下点击JOB RESULTS进入JOB RESULTS菜单，在POST FILE 下选定文件输出格式为ASCII，在 AVAILABLE ELEMENT TENSORS 下仅选中Stress，点击OK确认并返回上级菜单；在MECHANICAL ANALYSIS CLASS菜单的 ANALYSIS D頂ENSION下选中3-D并点击0K，返回到JOBS菜单下；点击CHECK检查有限元模 型，并按照提示修改有限元模型，确认无误后点击RUN，在RUN JOB菜单下点击SUBMIT (1)， 提交有限元分析计算；当EXIT NUMBER显示为3004时有限元分析计算结束，所分析计算 的结果会自动存入文件名为case_jobl. tl9的有限元计算结果文件中，点击OK返回JOBS 菜单；(2-2)类比上述步骤（2-1)，在JOBS菜单下，分别设置工况条件2、工况条件3…… 直至工况条件N对应的job2、job3……直至jobN并提交有限元计算，注意对应的NAME名 分别为 j〇b2、job3......直至 jobN，对应的在 SELECT INITIAL LOADS 菜单下的 BOUNDARY CONDITIONS下分别选中工况条件2、工况条件3……直至工况条件N下的所有约束条件以及 所有载荷对应的边界条件名，对应的分析计算的结果会自动存入文件名为case_job2. tl9、 case_job3. tl9......直至case_jobN. tl9的有限元计算结果文件中；（2_3)在JOBS菜单下， 通过以下操作设置一个特定工况条件的job并提交有限元分析：点击NEW，修改NAME项为 job，在 ANALYSIS CLASS 下选中 MECHANICAL，在 MECHANICAL ANALYSIS CLASS 菜单下选中 INITIAL LOADS，在 SELECT INITIAL LOADS 菜单下的 BOUNDARY CONDITIONS 下仅选中任一 工况条件下的所有约束本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自定义应力函数的求解和可视化显示方法，其特征是：在计算机上基于MSC.Marc/Mentat 2005软件实现，其实施步骤是：(1)在MSC.Mentat 2005软件用户界面MAIN MENU的PREPROCESSING下完成以下操作：(1‑1)在MESH GENERATION菜单下，设定COORDINATE SYSTEM选项为RECTANGULAR，并建立所要分析构件的合格的三维全六面体网格模型；点击ELEMENT TYPES‑>MECHANICAL‑>3‑D SOLID‑>7‑>OK，并选择所有单元，将所有单元的类型指定为8节点六面体单元,连续两次点击RETURN返回到MESH GENERATION菜单下；点击SWEEP命令，进入SWEEP菜单，在SWEEP下点击ALL，在REMOVE UNUSED下点击NODES和POINTS，点击RETURN返回MESH GENERATION菜单下；点击RENUMBER‑>ALL；点击MAIN回到MAIN MENU界面；(1‑2)在GEOMETRIC PROPERTIES菜单下，点击NEW，新建NAME名为geom1的几何特性，并通过以下操作定义NAME名为geom1的几何特性：在MECHANICAL ELEMENTS下点击3‑D‑>SOLID‑>ASSUMED STRAIN‑>OK；将NAME名为geom1的几何特性施加到所有单元；点击MAIN回到MAIN MENU界面；(1‑3)在MATERIAL PROPERTIES菜单下，点击NEW，新建NAME名为material1的材料特性，并通过以下操作定义NAME名为material1的材料特性：在MECHANICAL MATERIAL TYPES下点击ISOTROPIC，在相应ISOTROPIC PROPERTIES菜单下填写所需的相关材料特性的数值，点击OK确认；将NAME名为material1的材料特性应用到所有单元；点击MAIN回到MAIN MENU界面；(1‑4)在BOUNDARY CONDITIONS菜单下，在BOUNDARY CONDITION CLASS下选中MECHANICAL，针对工况条件1、工况条件2……直至工况条件N下的每一个约束条件和每一个载荷，分别新建不同的边界条件并分别命名，并加载到相应点、线、面、节点、单元、单元边、单元面等元素上，N为所有工况条件的数量，且N为正整数，设置完毕后点击MAIN回到MAIN MENU界面；(2)在MSC.Mentat 2005软件用户界面MAIN MENU的ANALYSIS下完成以下操作：(2‑1)在JOBS菜单下，通过以下操作设置工况条件1对应的job1并提交有限元计算：点击NEW，新建NAME名为job1，在ANALYSIS CLASS下选中MECHANICAL，在MECHANICAL ANALYSIS CLASS菜单下选中INITIAL LOADS，在SELECT INITIAL LOADS菜单下的BOUNDARY CONDITIONS下选中工况条件1下的所有约束条件以及所有载荷对应的边界条件名，点击OK确认并返回上级菜单；在MECHANICAL ANALYSIS CLASS菜单下点击JOB RESULTS进入JOB RESULTS菜单，在POST FILE下选定文件输出格式为ASCII，在AVAILABLE ELEMENT TENSORS下仅选中Stress，点击OK确认并返回上级菜单；在MECHANICAL ANALYSIS CLASS菜单的ANALYSIS DIMENSION下选中3‑D并点击OK，返回到JOBS菜单下；点击CHECK检查有限元模型，并按照提示修改有限元模型，确认无误后点击RUN，在RUN JOB菜单下点击SUBMIT(1)，提交有限元分析计算；当EXIT NUMBER显示为3004时有限元分析计算结束，所分析计算的结果会自动存入文件名为case_job1.t19的有限元计算结果文件中，点击OK返回JOBS菜单；(2‑2)类比上述步骤(2‑1)，在JOBS菜单下，分别设置工况条件2、工况条件3……直至工况条件N对应的job2、job3……直至jobN并提交有限元计算，注意对应的NAME名分别为job2、job3……直至jobN，对应的在SELECT INITIAL LOADS菜单下的BOUNDARY CONDITIONS下分别选中工况条件2、工况条件3……直至工况条件N下的所有约束条件以及所有载荷对应的边界条件名，对应的分析计算的结果会自动存入文件名为case_job2.t19、case_job3.t19……直至case_jobN.t19的有限元计算结果文件中；(2‑3)在JOBS菜单下，通过以...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王群娣，田继红，闫耀洲，张河清，魏华成，候佩云，李树林，游晓红，刘志祥，李景丹，郭丰伟，
申请(专利权)人：太原重工轨道交通设备有限公司，太原科技大学，太原市万柏林区博睿金属成型技术中心，
类型：发明
国别省市：山西;14