一种基于Midas建模和Matlab转换的Abaqus网格划分方法技术

本发明专利技术涉及一种基于Midas建模和Matlab转换的Abaqus网格划分方法，该方法利用Matlab自带函数进行编译，实现对Midas数值模型网格参数(单元表格、节点表格)格式的提取、识别及转换，将已有单元及节点信息分别转换为Abaqus INP文件可识别和读取的数据形式，并生成新的网格INP文本文件。本发明专利技术方法将两款软件有机结合，各取所长，采用Midas实现复杂模型合理建模，将Midas的节点和单元通过Matlab转换为Abaqus可识别的INP文件形式，通过导入Midas网格进行后期Abaqus分析计算，对提高复杂模型数值计算精度和效率非常有效。

An Abaqus Mesh Generation Method Based on Midas Modeling and Matlab Conversion

The invention relates to an Abaqus meshing method based on Midas modeling and Matlab transformation. The method uses the self-contained function of MATLAB to compile, extract, identify and transform the grid parameters (cell table and node table) format of Midas numerical model, convert the existing cell and node information into the identifiable and readable data form of Abaqus INP file respectively, and generate new data forms. Grid INP text file. The method of the invention combines two kinds of software organically, takes advantages of each, realizes reasonable modeling of complex model by using Midas, converts Midas nodes and units into INP file form that Abaqus can recognize through matlab, and carries out later Abaqus analysis and calculation by importing Midas grid, which is very effective to improve the accuracy and efficiency of numerical calculation of complex model.

【技术实现步骤摘要】
一种基于Midas建模和Matlab转换的Abaqus网格划分方法
本专利技术涉及一种基于Midas建模和Matlab转换的Abaqus网格划分方法，属于岩土工程的仿真模拟研究

技术介绍
随着目前经济发展，复杂工程问题层出不穷，工程建设中不断出现新的技术难题，由于岩土材料的复杂性，只是简单的经验、数学及力学计算无法给出精确的描述和预测，且其计算方法较为复杂。随着信息技术的发展，数值分析方法应运而生，计算机辅助计算在解决大型工程问题的仿真模拟研究得到了迅速发展，各种数值计算方法包括有限元、有限差分、边界元等理论相对应的数值模拟软件层出不穷。且随着岩土工程领域的不断进步，基坑、隧道等工程都向更深、更大、工序更复杂的趋势发展，物理模型越来越复杂。数值模型通过网格划分实现不同模型分区，一般来说数值分析网格越密，计算结果越趋于真实解，但也对计算机存储空间要求更高，所以在数值计算时应权衡计算效率、存储空间和精确度，对于重点关心区域应增大网格划分密度，因此合理的网格划分对计算准确性和计算效率极其重要。Abaqus是世界上功能最强大的有限元软件之一，它的非线性强项主要体现在用户自定义材料本构关系，强大的处理接触的能力，能够模拟大变形，拥有开放式接口，在Abaqus前、后处理运算中会产生一系列文件，方便用户直接分析内部计算过程，采用Python等程序语言进行二次开发。Abaqus支持在命令窗口键入各类命令进行操作，其软件内部提供了相当丰富的命令语句。然而Abaqus工作界面相比其它商用有限元软件并不友好，自动网格划分能力弱，尽管提供了很多种类的网格划分形式和网格类型，但是初学者通常很难很快熟悉建模过程。加之，Abaqus在划分较为复杂的模型网格时，容易出现自由边、短边、小平面等使得计算终止或影响计算效率的网格。网格划分方法上，Abaqus采用四面体和六面体单元划分网格时，一般选择中性轴算法和进阶算法，中性轴算法首先要把待划分区域分成几个简单的区域，然后使用结构化网格划分技术进行划分网格，该方法容易得到单元形状规则的网格，但网格和种子的位置吻合较差。进阶算法首先在边界上生成四边形网格，然后再向内部区域拓展，该方法可以得到较为均匀的网格，但是在较窄的区域，会产生歪斜的网格。Midas是一款由韩国开发的专为岩土与隧道工程分析的有限元软件，其几何建模和网格划分技术十分强大且界面直观，简单易上手。生成网格方面，二者类型基本相同，但是Midas可以选择循环网格生成器、栅格网格生成器、德劳内网格生成器等3种生成器，所选的算法不同，生成形状及过程也相应不同。另外，Midas还可以通过对网格的扩展、旋转、复制、缩放、镜像等调整网格分布。网格生成时最重要的是相邻单元间节点的连接，如果节点未连接，有可能分析停止，Midas不同部件生成的网格可选择自动匹配相邻面，实现网格自动耦合，减少了计算过程中因网格耦合问题造成的计算不收敛问题。还可通过2D仅显示网格拓展生成3D实体网格，Midas还可实现3D实体一次性划分网格，但各网格组之间独立注册，方便后续更改土层属性和网格参数。Midas还有高阶单元，几何接近性及模式网格等实现网格精细化、分割单元大小差异的网格及使各网格尺寸尽可能一致等以改善网格品质。可应用Midas的“检查网格”来检查模型内部网格是否存在自由面和节点不耦合情况，还可通过检查网格纵横比、锥度、歪扭角等检查网格质量。但是Midas自身软件并不稳定，经常出现未知计算错误，且其在处理复杂非线性和不同材料接触问题还有待改进。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供一种基于Midas建模和Matlab转换的Abaqus网格划分方法。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：一种基于Midas建模和Matlab转换的Abaqus网格划分方法，其包括如下步骤：S1、根据工程需要应用Midas有限元软件进行数值建模，通过Midas前处理的几何输入绘制模型几何或通过导入模型.dxf文件，或通过扩展几何或扩展网格实现模型实体生成；S2、将所述Midas自带网格菜单里的表格参数，存为node.txt和element.txt格式方便Matlab读取调用；其中，所述表格包括节点表格和单元表格；利用Matlab自带函数进行Midas节点及单元信息读取、识别及转换；S3、将转换所得的INP文件导入到Abaqus软件中，完善模型边界和荷载施加，进行模型计算及结果分析，整个转换及分析过程结束。如上所述的方法，优选地，在步骤S1中，所述Midas有限元软件进行数值建模流程包括Midas数值建模，确定模型，判断模型几何非线性情况：若待建模型较为复杂，则通过CAD建立相应dxf线框文件，后可通过Midas导入线框接口直接导入模型框架，后通过将2D线框进行拉伸或旋转等操作，建立3D线框或实体，通过网格划分实现模型三维网格与单元的建立，建模完成；若待建模型较为简单，且通过Midas自带工具栏可实现建模，则直接通过Midas几何工具箱进行模型线框自建，后将生成的2D线框进行拉伸或旋转等操作，建立3D线框或实体单元，通过网格划分功能。如上所述的方法，优选地，在步骤S1中，所述数值建模是采用2D或3D网格分别生成四面、五面体及四面体、六面体自由网格，勾选自动匹配相邻面实现相邻网格间节点耦合，或在Midas中给定材料属性也可在后续Abaqus中赋值材料参数。如上所述的方法，优选地，在步骤S2中，编写相应单元与节点Matlab转化程序，分别生成Midaselement.txt和node.txt表单，将Midas单元与节点信息导入Matlab，运行生成AbaqusINP网格文件。由于Abaqus软件网格信息存储在INP文件内，因此需编译相应Matlab程序生成mesh.inp文件并将原有模型节点及单元信息转换为Abaqus可导入的INP文件格式，注意需实现单一网格和混合网格同步转换。如上所述的方法，优选地，在步骤S3中，将Matlab转换所得的Abaqus可读取的INP网格文件导入Abaqus软件中，在Abaqus中进行材料属性或荷载及边界条件的施加，随后进行模型计算分析，整个转换计算过程完成。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的基于Midas建模和Matlab转换的Abaqus网格划分方法，通过该方法实现Midas模型网格节点及单元的转换，将其生成Abaqus可识别的INP文件，导入Abaqus中进行后期数值计算的方法，解决了Midas与Aabqus的软件接口问题。将Abaqus和Midas两款软件有机结合，各取所长，采用Midas实现复杂模型合理建模，将Midas的节点和单元通过Matlab转换为Abaqus可识别的INP文件形式，通过导入Midas网格进行后期Abaqus分析计算，对提高复杂模型数值计算精度和效率非常有效。本专利技术方法实现两种有限元软件之间的无缝连接，各取所长，改善复杂工程模型的网格质量和分析准确性，大大节约了工程技术人员在建模上花费的精力，提高建模效率，本专利技术兼容性强，适合两种软件中单一网格、混合网格等的无差错转换。Abaqus网格难收敛，Midas软件计算局限性大是普遍性问题，因此实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Midas建模和Matlab转换的Abaqus网格划分方法，其特征在于，其包括：S1、根据工程需要应用Midas有限元软件进行数值建模，通过Midas前处理的几何输入绘制模型几何或通过导入模型.dxf文件，或通过扩展几何或扩展网格实现模型实体生成；S2、将所述Midas自带网格菜单里的表格参数，存为node.txt和element.txt格式方便Matlab读取调用；其中，所述表格包括节点表格和单元表格；利用Matlab自带函数进行Midas节点及单元信息读取、识别及转换；S3、将转换所得的INP文件导入到Abaqus软件中，完善模型边界和荷载施加，进行模型计算及结果分析，整个转换及分析过程结束。

【技术特征摘要】
1.一种基于Midas建模和Matlab转换的Abaqus网格划分方法，其特征在于，其包括：S1、根据工程需要应用Midas有限元软件进行数值建模，通过Midas前处理的几何输入绘制模型几何或通过导入模型.dxf文件，或通过扩展几何或扩展网格实现模型实体生成；S2、将所述Midas自带网格菜单里的表格参数，存为node.txt和element.txt格式方便Matlab读取调用；其中，所述表格包括节点表格和单元表格；利用Matlab自带函数进行Midas节点及单元信息读取、识别及转换；S3、将转换所得的INP文件导入到Abaqus软件中，完善模型边界和荷载施加，进行模型计算及结果分析，整个转换及分析过程结束。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述Midas有限元软件进行数值建模流程包括Midas数值建模，确定模型，判断模型几何非线性情况：若待建模型较为复杂，则通过CAD建立相应dxf线框文件，后可通过Midas导入线框接口直接导入模型框架，后通过将2D线框进行拉伸或旋转等操作，建立3D线框或实体，通过网格划分实现模...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文，陈阳，张超哲，王志国，韩健勇，贾鹏蛟，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21