为满足复杂焊接结构疲劳裂纹扩展中高精度数值模拟对网格划分的需求，本发明专利技术公开了一种适用于复杂焊接结构疲劳裂纹扩展分析的网格生成方法、装置及设备。包括如下步骤：步骤1，导入复杂焊接结构的几何模型，构建精细化疲劳裂纹扩展计算模型。步骤2，基于复杂焊接结构疲劳裂纹扩展计算模型几何信息进行自适应网格划分。步骤3，通过网格与实体模型边界的快速求交算法构建核心“阶梯型”网格。步骤4，利用几何特征逼近法和临近特征模板法将网格节点拟合至实体模型边界。步骤5，通过几何位置优化和单元拓扑分解方法等提高最终网格质量。步骤6，构建多核网格并行生成器实现非结构网格自动生成。本发明专利技术网格自动划分过程中人机交互少，网格生成效率、质量高，可实现任意复杂裂纹扩展模型的高质量网格划分。模型的高质量网格划分。模型的高质量网格划分。
【技术实现步骤摘要】
一种适用于复杂焊接结构疲劳裂纹扩展分析的网格生成方法、装置及设备
[0001]本专利技术涉及数值模拟前处理的几何建模、网格划分领域，尤其涉及一种快速的复杂焊接结构疲劳裂纹扩展分析的网格生成算法、装置及设备。
技术介绍
[0002]传统强度理论的基本假设为均匀性、连续性、各向同性、完全弹性和小变形等，而工程实际中多数情况并非如此，复杂焊接结构中的裂纹、孔洞、夹渣等缺陷是天然存在的。根据裂纹尺度定义的相对性，材料中一旦假定含有裂纹的初始缺陷，传统强度理论则不再适用。复杂焊接结构的疲劳失效问题归根结底是一个力学问题，断裂力学理论以机械结构中存在的初始裂纹或缺陷为前提，考虑疲劳裂纹萌生、扩展以及最终失稳断裂过程，而高精度的疲劳裂纹扩展仿真模拟与网格生成质量密切相关。
[0003]针对复杂焊接结构疲劳裂纹扩展的网格划分，通常采用Delaunay方法、推进波前法、叉树细分法等网格生成策略，其中以四面体网格划分方法为主，计算精度和算法复杂度较低。对复杂焊接结构进行疲劳裂纹扩展分析时，高质量的网格划分是获得准确计算结果的基础，目前的一些商业网格划分软件，如Gridgen、ICEMCFD、Pointwise等，在生成裂纹尖端及扩展路径处的网格自动性较差且网格划分质量不高，且存在大量的手工操作，甚至导致网格划分失败。因此，对复杂焊接结构中的疲劳裂纹扩展分析的非结构网格划分开展研究具有重要的意义。
技术实现思路
[0004]针对包含任意细小特征的疲劳断裂计算模型存在的网格划分难题，本专利技术实施的目的在于提出一种快速的复杂焊接结构疲劳裂纹扩展的非结构网格自动生成算法。根据断裂面的真实形貌特征，建立了适用于裂纹扩展分析的临近特征模板，实现复杂焊接结构的高质量网格划分，可用于复杂焊接结构的强度、刚度、疲劳寿命分析及优化设计等数值计算。
[0005]为达到上述目的，本专利技术实施例提供了一种适用于复杂焊接结构疲劳裂纹扩展分析的非结构网格生成方法、装置及设备，通过构建几何数据获取模块、网格参数设定模块、网格自动划分模块、网格快速求交模块、实体边界处理模块、质量评价优化模块、数据存储更新模块实现网格自动划分，包括以下步骤：（1）导入复杂焊接结构的几何模型，构建精细化疲劳裂纹扩展计算模型；（2）确定自适应网格划分的输入参数，根据疲劳裂纹扩展计算模型的几何信息进行自适应网格划分；（3）在完成初始网格划分后，通过网格快速求交模块及临近特征识别模块判断网格节点内外属性并构建核心“阶梯型”网格；（4）依据疲劳裂纹扩展分析计算要求，利用几何特征逼近法和临近特征模板法将
计算模型的外部网格节点拟合至实体模型边界；（5）对网格节点位置和拓扑关系进行优化，通过几何位置优化和单元拓扑分解方法等提高最终网格质量；（6）构建多核网格并行生成器，采用区域分解并行算法和分布式存储策略实现非结构网格自动生成。
[0006]优选地，步骤（1）中，导入复杂焊接结构的CAD几何模型文件，通过几何数据获取模块自动识别并定义疲劳裂纹的几何特征，为了保证CAD/CAE核心数据模块的鲁棒性，本专利技术采用国际通用标准对几何文件进行解析，以B
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Rep文件形式输出并作为疲劳裂纹扩展分析程序的输入，基于CAD平台二次开发功能实现计算模型的精细化建模。
[0007]优选地，步骤（2）包括以下子步骤：（2.1）根据所述复杂焊接结构疲劳裂纹扩展计算模型，将计算域离散为初始等尺寸的初始细分网格模型，所述初始网格在后续网格划分过程中作为待加密网格模型；（2.2）在初始细分网格模型中将网格几何中点作为参考点，计算实体边界的曲线曲面曲率，根据实体边界曲率准则进行疲劳裂纹扩展计算模型的自适应网格加密；（2.3）根据所述计算模型疲劳裂纹的几何特征及扩展路径，构建考虑细小特征的自适应网格细分模型，实现对疲劳裂纹扩展分析的精确表征和自适应网格加密；（2.4）根据上述细分准则对所述计算模型的网格进行自适应加密，判断最终网格加密次数是否达到所述自适应细分次数；若未达到，则返回执行所述的初始细分网格模型构建及后续步骤，直至达到给定的自适应细分次数，更新网格将其作为待处理网格模型。
[0008]优选地，步骤（3）包括以下子步骤：（3.1）构建网格生成快速求交模块，确定网格节点与复杂焊接结构实体边界的相对位置关系，根据所述相对位置关系，识别与几何边界相交的“阶梯型”网格作为核心待拟合网格模型；（3.2）建立临近特征自动判别模块，根据复杂焊接结构疲劳裂纹的几何特征，自动识别与疲劳裂纹扩展路径相交的网格模型，所述网格模型在边界拟合时采用临近特征模板法进行处理。
[0009]优选地，步骤（4）包括以下子步骤：（4.1）依据疲劳裂纹扩展分析计算要求，利用几何特征逼近法和临近特征模板法将计算模型的外部网格节点拟合至复杂焊接结构实体模型边界；（4.2）根据疲劳裂纹及扩展路径的几何特征，其表面形貌复杂且曲率变化较大，对与疲劳裂纹扩展路径相交的网格，采用临近特征模板法构建“多网格节点”拟合模型，实现单一网格节点的多角度高质量实体模型边界拟合；（4.3）对于复杂焊接结构的非临近特征几何边界，实体模型表面曲率变化较为平缓，采用多条表面边共享原则将网格节点拟合至实体模型边界，生成所述复杂焊接结构疲劳裂纹扩展计算模型的非结构网格。
[0010]优选地，步骤（5）包括以下子步骤：（5.1）构建网格生成质量评价模块，根据复杂焊接结构疲劳裂纹扩展分析计算模型的网格质量要求，采用网格的雅各比、纵横比、翘曲角度、最大最小角度等对拟合后的网格进行质量评价，筛选单元形状较差且质量评价参数不满足计算要求的网格；
（5.2）建立网格生成质量优化模块，通过几何位置优化和单元拓扑分解方法等对网格节点位置和拓扑关系进行优化，修正低质量且单元质量不满足计算要求的网格，使得最终网格的质量评价参数处于设定的合理范围内，从而提高最终网格划分质量。
[0011]优选地，步骤（6）包括以下子步骤：（6.1）采用区域分解并行算法和分布式存储策略实现非结构网格自动生成；（6.2）基于CPU/GPU并行的改进GCA算法实现多核网格生成器的并行；（6.3）基于分布式和共享式相结合的存储策略实现网格生成的并行计算。
[0012]相对于现有技术，本专利技术所示实施例提供了一种适用于复杂焊接结构疲劳裂纹扩展分析的网格生成方法、装置及设备，以上一系列的网格划分流程，一方面能够实现包含裂纹等细小特征的几何模型的网格自动划分，使得最终的非结构网格能够很好地贴合实体模型边界；另一方面能够由并行网格划分电子设备自动执行，无需过多人工干预，可实现复杂焊接结构全流程自动网格划分，降低网格划分难度，提高网格生成的效率。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0014]图1为本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种适用于复杂焊接结构疲劳裂纹扩展分析的网格生成方法、装置及设备，其特征在于，包括如下步骤：（1）导入复杂焊接结构的几何模型，构建精细化疲劳裂纹扩展计算模型；（2）确定自适应网格划分的输入参数，根据疲劳裂纹扩展计算模型的几何信息进行自适应网格划分；（3）在完成初始网格划分后，通过网格快速求交模块及临近特征识别模块判断网格节点内外属性并构建核心“阶梯型”网格；（4）依据疲劳裂纹扩展分析计算要求，利用几何特征逼近法和临近特征模板法将计算模型的外部网格节点拟合至实体模型边界；（5）对网格节点位置和拓扑关系进行优化，通过几何位置优化和单元拓扑分解方法等提高最终网格质量；（6）构建多核网格并行生成器，采用区域分解并行算法和分布式存储策略实现非结构网格自动生成。2.根据权利要求1所述的一种适用于复杂焊接结构疲劳裂纹扩展分析的网格生成方法、装置及设备，其特征在于，包括：几何数据获取模块，用于所述复杂焊接结构疲劳裂纹扩展模型及几何拓扑信息；网格参数设定模块，用于设定针对所述疲劳裂纹扩展分析模型的网格生成参数；网格自动划分模块，用于生成所述疲劳裂纹扩展分析计算模型的非结构网格；网格快速求交模块，用于确定网格与复杂焊接结构实体边界的相对位置关系；实体边界处理模块，用于处理与复杂焊接结构实体边界相交的外部网格节点；质量评价优化模块，用于评价最终生成网格的质量并对低质量网格进行优化；数据存储更新模块，用于存储所述计算模型的网格数据，更新最终计算网格数据。3.根据权利要求1所述的一种适用于复杂焊接结构疲劳裂纹扩展分析的网格生成方法、装置及设备，其特征在于，构建独立封装的几何数据获取模块，该模块为CAD/CAE核心数据模块，将三维复杂焊接结构的几何信息作为输入，以B
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Rep文件形式输出并作为疲劳裂纹扩展分析程序的输入，利用CAD平台二次开发功能实现计算模型的精细化建模，自动识别并定义疲劳裂纹的几何特征，根据机械结构的局部应力状态，自动判别裂纹扩展路径并更新裂纹尺寸，真实模拟疲劳裂纹扩展过程。4.根据权利要求1所述的一种适用于复杂焊接结构疲劳裂纹扩展分析的网格生成方法、装置及设备，其特征在于，所述网格参数设定模块及网格自动划分模块，其中自适应非结构网格划分的输入参数包括：计算模型、待生成的网格尺寸、实体边界曲率、自适应细分次数等，根据所述网格划分参数，生成复杂焊接结构疲劳裂纹扩展的非结构网格，包括以下子步骤：（2.1）根据所述复杂焊接结构疲劳裂纹扩展计算模型，将计算域离散为初始等尺寸的初始细分网格模型，所述初始网格在后续网格划分过程中作为待加密网格模型；（2.2）在初始细分网格模型中将网格几何中点作为参考点，计算实体边界的曲线曲面曲率，根据实体边界曲率准则进行疲劳裂纹扩展计算模型的自适应网格加密；（2.3）根据所述计算模型疲劳裂纹的几何特征及扩展路径，构建考虑细小特征的自适应网格细分模型，实现对疲劳裂...
【专利技术属性】
技术研发人员：池宝涛，郭前建，袁伟，王富顺，贾志超，林柠，杨清毅，姜阳奕，陈光政，李怡暄，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：
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