多框整体结构件的有限元建模方法技术

本发明专利技术针对现有建立多框整体结构件有限元模型的方法准确性差，精度低，耗费大量的时间和精力，且依赖有经验的分析人员的现状，公开了一种多框整体结构件的有限元建模方法，它通过对多框整体结构件三维ＣＡＤ模型主动简化，提取框体特征结构，依据框体特征结构建立有限元模型库，再按照多框整体结构件的实际形状，通过变换工作平面，由单框向多框逐渐过渡，动态的由单框结构件逐渐“拼接”形成多框结构件，最终确定多框整体结构件有限元模型。本方法具有准确性高、交互性好的特点，通过该方法有效的缩短有限元建模周期，既能体现多框整体结构件的计算力学理论，也使有限元模型在几何上更加精确于ＣＡＤ模型。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多框整体结构件的有限元分析方法，尤其是一种多框整 体结构的有限元分析前的建模方法，具体地说是一种多框整体结构件的有限 元建模方法。技术背景随着航空工业的发展，现代飞机的性能要求不断提高，飞机的结构设计 发生了较大的变化。从零件结构上来看，为了减轻重量，整体结构件在新机 型中得到了尽可能多的应用，如机翼、整体擘板、大梁、隔框等。多框整体 结构件不是由零件简单组合而成，而是利用整体毛坯加工而成。由于多框整 体结构件具有外表光滑、重量轻的特点，在刚度、抗疲劳强度以及各种失稳 临界值等方面均比铆接结构胜出一筹，因此在航空航天产品上作为主要承力 结构件，得到了广泛的应用。因为航空多框整体结构件普遍具有结构复杂、 薄壁、变厚度、曲面曲线结构多、协调精度要求较高等特点，目前都采用数 控铣削的方法来进行加工。但是在铣削加工过程当中，由于切削力、切削热、 零件刚度差等多种原因，很容易发生变形，因此急需对其变形规律进行计算机 分析。对多框整体结构件铣削加工变形规律进行总结，需要大量的数据。如果 完全靠试验来累计数据成本太高。为了解决这个问题，人们想到了利用有限 元进行分析的方法。而利用有限元分析技术成功求解多框整体结构件铣削加 工变形规律的关键前提是建立准确合理的多框整体结构件有限元模型。但利用有限元软件与CAD软件接口直接引入多框整体结构件CAD模型，往往导致 模型的变化和产生过多庞大的节点数，以至于缺失数据，影响有限元分析的 准确性和精度。而直接利用有限元软件建立多框整体结构件有限元模型又需 要花费大量的时间和精力，而该有限元模型抽象化的过程在很大程度上又依赖于有经验的分析人员。因此，提出针对多框整体结构件有限元主动、快速、 准确的参数化建模方法成为必然。在建模过程中根据多框整体结构件自身特 征对其主动简化，寻求建模的规律，它能有效的縮短有限元建模周期，既能 体现多框整体结构件的计算力学理论，也使有限元模型在几何上更加精确于CAD模型。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有建立多框整体结构件有限元模型的方法准确性 差，精度低，耗费大量的时间和精力，且依赖有经验的分析人员的现状，专利技术的一种通过对ANSYS 二次开发，基于"框体拼接"建模法实现对多框整 体结构件主动、快速、准确的参数化建立有限元模型的多框整体结构件的有 限元建模方法。本专利技术的技术方案是一种，其特征它主要包括以下步骤是 第一步，简化框体结构，提取特征结构；根据多框整体结构件的三维CAD模型，将组成多框整体结构件的每个框 体主动简化成三边框或四边框的特征结构；所述的三边框特征结构是具有三 角形特征的三边框或一边为曲边的曲边三边框，所述的四边框特征结构是具 有四边形特征的四边框或一边为曲边的曲边四边框；第二步，在计算机中建立特征结构的有限元模型库；根据第一步的所得的特征结构，采用SHELL181壳单元建立对应的三边 框有限元模型和/或四边框有限元模型；同时对所建的模型通过交互式输入该 模型的几何参数和单元参数自动生成;模型的几何参数是指简化框体的长度、 宽度、高度及关键点坐标；同时为所建的有限元模型提供多种交互式输入方 法定义其几何参数，用户可根据多框整体结构件三维CAD模型提供的每个简 化框体的相关数据，挑选最为简便的输入方法确定该框体的几何形状；第三步，利用所建的特征结构进行拼接，直至得到一个周界与多框整体 结构件三维CAD模型相吻合的拼接实体，再将各拼接实体的有限元模型转换 成APDL宏文件，存入到ANSYS工作目录下，在ANSYS运行界面下调用该宏文件即可直接生成多框整体结构件的有限元模型。所述的三边框特征结构由三个侧面和一个底面构成，四边框特征结构由 四个侧面和一个底面构成。本专利技术的有益效果本专利技术解决了利用有限元软件与CAD软件接口直接引入多框整体结构件 CAD模型，往往导致模型的变化和产生过于庞大的节点数，以至于缺失数据， 影响有限元分析的准确性和精度的问题；解决了直接利用有限元软件建立多框整体结构件有限元模型必须花费大量的时间和精力，而该有限元模型抽象化的过程在很大程度上又依赖于有经验的分析人员的问题。通过对ANSYS 二 次开发，基于"框体拼接"建模法建立多框整体结构件有限元模型，在建模 过程中根据多框整体结构件自身特征对其主动简化，寻求建模的规律，它能 有效的縮短有限元建模周期，既能体现多框整体结构件的计算力学理论，也 使有限元模型在几何上更加精确于CAD模型，实现了主动、快速、准确的参 数化建立多框整体结构件有限元模型。 附图说明图1是本专利技术的多框整体结构件有限元建模软件结构框图。 图2是本专利技术的多框整体结构件有限元建模软件流程框图。 图3是本专利技术的简化后的特征结构的示意图。 图4是本专利技术的建模方法处理的一个具体零件的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。 如图1 4所示。一种，它主要包括以下步骤是 第一步，简化框体结构，提取特征结构；根据多框整体结构件的三维CAD模型，将组成多框整体结构件的每个框 体主动简化成三边框或四边框的特征结构；所述的三边框特征结构是具有三 角形特征的三边框或一边为曲边的曲边三边框，所述的四边框特征结构是具 有四边形特征的四边框或一边为曲边的曲边四边框；如图3所法。第二步，在计算机中建立特征结构的有限元模型库；根据第一步的所得的特征结构，采用SHELL181壳单元建立对应的三边框 有限元模型和/或四边框有限元模型；同时对所建的模型通过交互式输入该模 型的几何参数和单元参数自动生成；模型的几何参数是指简化框体的长度、 宽度、高度及关键点坐标；同时为所建的有限元模型提供多种交互式输入方 法定义其几何参数，用户可根据多框整体结构件三维CAD模型提供的每个简 化框体的相关数据，挑选最为简便的输入方法确定该框体的几何形状；所述 的三边框特征结构由三个侧面和一个底面构成，四边框特征结构由四个侧面 和一个底面构成。第三步，利用所建的特征结构进行拼接，直至拼接形成与多框整体结构 件周界相吻合的CAD模型，如图4所示，所述的多框整体结构件共有两个三 边框、 一个带曲边三边框、 一个四边框、 一个带曲边四框组合而成，由此即 可得到由特征结构组合而成的多框整体结构件的有限元模型并将其转换成 APDL宏文件，存入到ANSYS工作目录下，在ANSYS运行界面下调用该宏文件 直接生成多框整体结构件的有限元模型。下面结合一个实例作进一步的说明本专利技术可通过四个模块来实现，它们是(1)模型绘制模块、(2)模型 显示模块、(3)数据转换模块、(4)系统管理模块。其中模型绘制模块包括 工作平面变换和模型库建立两部分。工作平面变换可实现工作平面平移、工 作平面旋转和原点坐标查询等功能；模型库建立包括了参数化建立三边框、 曲边三边框、四边框和曲边四边框等有限元模型的方法。模型显示模块可实 现在￥0++界面下的模型简图浏览、模型简图缩放、模型简图平移和屏幕坐标 显示等功能。数据转换模块可实现将最终确定的多框整体结构件转换成APDL 宏文件，并可实现对该宏文件的查看和修改。软件管理模块可实现用户密码 管理、软件版本显示和帮助文档查看等功能。用户在Windows 2000/xp环境下运行软件。首先显示的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多框整体结构件的有限元建模方法，其特征它主要包括以下步骤是：第一步，简化框体结构，提取特征结构；根据多框整体结构件的三维ＣＡＤ模型，将组成多框整体结构件的每个框体主动简化成三边框或四边框的特征结构；所述的三边框特征结构是具有三角形特征的三边框或一边为曲边的曲边三边框，所述的四边框特征结构是具有四边形特征的四边框或一边为曲边的曲边四边框；第二步，在计算机中建立特征结构的有限元模型库；根据第一步的所得的特征结构，采用ＳＨＥＬＬ１８１壳单元建立对应的三边框有限元模型和／或四边框有限元模型；同时对所建的模型通过交互式输入该模型的几何参数和单元参数自动生成；模型的几何参数是指简化框体的长度、宽度、高度及关键点坐标；同时为所建的有限元模型提供多种交互式输入方法定义其几何参数，用户可根据多框整体结构件三维ＣＡＤ模型提供的每个简化框体的相关数据，挑选最为简便的输入方法确定该框体的几何形状；第三步，利用所建的特征结构进行拼接，直至得到一个周界与多框整体结构件三维ＣＡＤ模型相吻合的拼接实体，再将各拼接实体的有限元模型转换成ＡＰＤＬ宏文件，存入到ＡＮＳＹＳ工作目录下，在ＡＮＳＹＳ运行界面下调用该宏文件即可直接生成多框整体结构件的有限元模型。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：左敦稳，丁子昀，郭魂，徐锋，黎向锋，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]