本发明专利技术涉及一种用于贝壳珍珠母微结构有限元分析的建模方法，本发明专利技术实现了有限元高效率与高精度建模，可广泛用于各种类型的有限元分析工作，解决了现有建模方法效率低、精度低的缺点。如在进行Cohesive单元有限元建模、具有尺度效应结构参数化分析有限元建模与大批量网格有限元建模时有很好的适用性。量网格有限元建模时有很好的适用性。量网格有限元建模时有很好的适用性。
【技术实现步骤摘要】
一种用于贝壳珍珠母微结构有限元分析的建模方法
[0001]本专利技术涉及一种用于贝壳珍珠母微结构有限元分析的建模方法，该方法用于有限元仿真分析模型建立。适用对象包括Cohesive单元有限元建模、具有尺度效应结构参数化分析有限元建模及大批量网格有限元建模。
技术介绍
[0002]有限元分析常用于结构分析，在进行贝壳珍珠母微结构有限元分析过程中，需进行复杂单元建模、具有尺度效应结构参数化分析建模及大批量网格建模，传统建模方法建模难度大、效率低、精度不能满足计算要求。这些问题的存在，使得有限元分析困难较大，目前传统建模主要为以下方法：
[0003]通过CAE软件进行建模，首先建立几何模型，再进行网格划分，此部分工作较为繁杂，花费时间较多，效率低；
[0004]通过CAE软件建立大批量网格时，网格精度较低，网格规则程度不能满足计算要求，需要进行大量的修补工作，建模效率低；
[0005]在对特定单元建模时，如Cohesive单元，通过CAE软件建模实现难度较大；现阶段，对于Cohesive单元建模，一般通过程序对已建好的单元进行处理，在单元间插入Cohesive单元来实现；此种方法可用于小批量单元建模，当对大批量单元建模时，其效率低下。
技术实现思路
[0006]本专利技术的技术解决问题是：克服上述现有技术的不足，提供一种用于复杂结构建模、参数化建模方法。实现了复杂结构高效率高精度建模，实现有限元模型高效率高精度参数化分析，使有限元分析效率及精度大大提升，满足现阶段贝壳珍珠母微结构有限元分析需求。
[0007]本专利技术的通过以下技术方案予以实现：一种用于贝壳珍珠母微结构有限元分析的建模方法，步骤如下：
[0008](1)根据贝壳珍珠母微结构的几何形状进行有限元网格划分，具体按照零厚度Cohesive单元来模拟贝壳珍珠母微结构中的软结构，利用四节点单元或六面体实体单元来模拟贝壳珍珠母微结构中的硬结构；
[0009](2)确定网格中网格节点序号及网格序号生成方式，网格节点序号及网格序号生成方式相同；根据所述的生成方式确定网格节点序号及网格序号生成函数；
[0010](3)根据网格节点序号及网格序号生成函数结合步骤(1)中划分的有限元网格，确定贝壳珍珠母微结构网格节点序号及网格序号；
[0011](4)根据网格节点序号及网格序号生成方式确定贝壳珍珠母微结构的网格节点数据和网格数据；
[0012]所述的网格数据为网格序号及同一网格下的网格节点序号；网格节点数据为网格节点序号及其对应的坐标值；
[0013](5)对生成的网格节点数据及网格数据以及相应材料属性、载荷、边界条件及仿真参数按照有限元分析需要的计算文件格式进行整理，完成建模。
[0014]优选的，当步骤(1)中划分的有限元网格为二维网格时，网格节点序号及网格序号生成方式均由两位数进行表达，其中十位数为竖直方向序号，个位数为水平方向序号。
[0015]优选的，网格节点序号及网格序号生成函数表达式为：F(x)＝x，F(y)＝y，x代表水平方向序号、y代表竖直方向序号。
[0016]优选的，针对零厚度四节点Cohesive单元的重合网格节点处理方式为将重合网格节点假设由原网格节点分裂而成，分裂方向有三个方向，X轴、Y轴及45度方向；其中，X方向Cohesive单元分裂方向为X轴方向，Y方向Cohesive单元分裂方式为Y轴方向，为二节点分裂方式；X与Y相交处节点分裂方向为X轴、Y轴及45度方向，为四节点分裂方式。
[0017]优选的，步骤(4)中通过下述方式确定网格节点数据和网格数据：
[0018]假设任一网格节点序号为YX，则其坐标为(a
×
(X
‑
1)，a
×
(Y
‑
1))，其中a为网格节点所在网格的边长；
[0019]假设任一网格序号为YX，其网格节点序号为YX、Y(X+1)、(Y+1)(X+1)、(Y+1)X。
[0020]优选的，当步骤(1)中划分的有限元网格为三维网格时，网格节点及网格序号生成方式均由三位数进行表达，其中十位数为竖直方向序号，个位数为水平方向序号，百位数为与水平、竖直方向垂直方向序号。
[0021]优选的，网格节点及网格序号生成函数表达式为：F(x)＝x，F(y)＝y，F(z)＝z，x代表水平方向序号、y代表竖直方向序号，z代表与水平、竖直方向垂直方向序号。
[0022]优选的，针对零厚度八节点Cohesive单元的重合网格节点处理方式为重合节点假设由原网格节点分裂而成，分裂方向有四个方向，X轴、Y轴、45度及Z轴方向；
[0023]其中，Cohesive单元的边区域采用四节点分裂方式，分裂方向为除去边所在方向的其他两个方向；边与边的交点采用八节点分裂方式，分裂方向为X轴、Y轴、Z轴及45度方向，其余区域采用二节点分裂方式，其分裂方向为该区域所在面的法向方向。
[0024]优选的，步骤(4)中通过下述方式确定网格节点数据和网格数据：
[0025]假设任一网格节点序号为YXZ，则其坐标为(a
×
(X
‑
1)，a
×
(Y
‑
1)，a
×
(Z
‑
1))，其中a为网格节点所在网格的边长；
[0026]假设任一网格序号为YXZ，其网格节点序号为YXZ、Y(X+1)Z、(Y+1)(X+1)Z、(Y+1)XZ、YX(Z+1)、Y(X+1)(Z+1)、(Y+1)(X+1)(Z+1)、(Y+1)X(Z+1)。
[0027]优选的，所述的计算文件格式为Ls
‑
dyna计算文件格式，或Abaqus计算文件格式。
[0028]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：本专利技术实现了有限元参数化分析高效率、高精度建模，解决了目前参数化分析建模困难与建模效率、精度低的问题，可广泛用于有限元参数化分析工作。对于一些复杂形状，如果其外形函数已知，也可根据此方法进行节点、网格生成。此方法可大幅度提高建模效率，以Cohesive三维单元建模为例，在进行大批量网格建模时(百万左右数量网格)，传统插入法建模时间为2～3天，此方法建模时间为2～3分钟，建模效率大大提升。
附图说明
[0029]图1二维网格数据示例；
[0030]图2二维节点数据示例；
[0031]图3二维平面长方形节点及网格标序方法说明；
[0032]图4左侧为壳单元，右侧为0厚度4节点Cohesive单元；
[0033]图5二维节点分裂示意图；
[0034]图6左侧为实体单元，右侧为0厚度8节点Cohesive单元；
[0035]图7三维Cohesive单元网格节点分裂区域示意图；
[0036]图8三维节点分裂示意图；
[0037]图9方法流程图；
[0038]图10建模程序界面。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于贝壳珍珠母微结构有限元分析的建模方法，其特征在于步骤如下：(1)根据贝壳珍珠母微结构的几何形状进行有限元网格划分，具体按照零厚度Cohesive单元来模拟贝壳珍珠母微结构中的软结构，利用四节点单元或六面体实体单元来模拟贝壳珍珠母微结构中的硬结构；(2)确定网格中网格节点序号及网格序号生成方式，网格节点序号及网格序号生成方式相同；根据所述的生成方式确定网格节点序号及网格序号生成函数；(3)根据网格节点序号及网格序号生成函数结合步骤(1)中划分的有限元网格，确定贝壳珍珠母微结构网格节点序号及网格序号；(4)根据网格节点序号及网格序号生成方式确定贝壳珍珠母微结构的网格节点数据和网格数据；所述的网格数据为网格序号及同一网格下的网格节点序号；网格节点数据为网格节点序号及其对应的坐标值；(5)对生成的网格节点数据及网格数据以及相应材料属性、载荷、边界条件及仿真参数按照有限元分析需要的计算文件格式进行整理，完成建模。2.根据权利要求1中所述的建模方法，其特征在于：当步骤(1)中划分的有限元网格为二维网格时，网格节点序号及网格序号生成方式均由两位数进行表达，其中十位数为竖直方向序号，个位数为水平方向序号。3.根据权利要求2中所述的建模方法，其特征在于：网格节点序号及网格序号生成函数表达式为：F(x)＝x，F(y)＝y，x代表水平方向序号、y代表竖直方向序号。4.根据权利要求3中所述的建模方法，其特征在于：针对零厚度四节点Cohesive单元的重合网格节点处理方式为将重合网格节点假设由原网格节点分裂而成，分裂方向有三个方向，X轴、Y轴及45度方向；其中，X方向Cohesive单元分裂方向为X轴方向，Y方向Cohesive单元分裂方式为Y轴方向，为二节点分裂方式；X与Y相交处节点分裂方向为X轴、Y轴及45度方向，为四节点分裂方式。5.根据权利要求3中所述的建模方法，其特征在于：步骤(4)中通过下述方式确定网格节点数据和网格数据：假设任一网格节点序号为YX，则其坐标为(a
×
(X
‑
1)，a
×
...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭懿霆，王军，林谢伟，崔灿，佟阳，闫奕含，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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