CN101281659A - 多框整体结构件的有限元建模方法 - Google Patents
多框整体结构件的有限元建模方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101281659A CN101281659A CNA2008100237897A CN200810023789A CN101281659A CN 101281659 A CN101281659 A CN 101281659A CN A2008100237897 A CNA2008100237897 A CN A2008100237897A CN 200810023789 A CN200810023789 A CN 200810023789A CN 101281659 A CN101281659 A CN 101281659A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- finite element
- frame
- model
- integral structure
- structure component
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 2
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Stored Programmes (AREA)
Abstract
本发明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。
Description
技术领域
本发明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。
背景技术
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、整体壁板、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。
发明内容
本发明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，发明的一种通过对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。
本发明的技术方案是：
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。
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。
本发明的有益效果：
本发明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，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是本发明的多框整体结构件有限元建模软件结构框图。
图2是本发明的多框整体结构件有限元建模软件流程框图。
图3是本发明的简化后的特征结构的示意图。
图4是本发明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发明作进一步的说明。
如图1～4所示。
一种多框整体结构件的有限元建模方法，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：
本发明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)***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VC++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。首先显示的是软件登陆界面。软件登陆界面包含了软件版本信息及制作单位信息。用户成功输入软件密码可自动转入软件运行主界面，否则无权限运行本软件。
进入软件运行主界面后，用户从模型库工具栏中选择框体的类型，不同的框体类型提供了不同的交互式输入方法输入模型参数，用户可根据示例输入模型的相关参数，点击“确定”按钮之后建立的框体有限元模型简图会在图形显示窗口显示出来。
确定单个框体的有限元模型之后，按照多框整体结构件的实际形状，通过变换工作平面，继续按照上述步骤确定下一个框体的有限元模型。
通过重复上述步骤，可最终确定多框整体结构件有限元模型。通过点击主界面上的“生成APDL文件”按钮，弹出生成APDL文件对话框，选择ANSYS的工作目录，输入ANSYS工作名和标题之后，点击对话框上“导出”按钮，将自动生成多框整体结构件有限元模型APDL宏文件APDLFile.mac且保存在ANSYS的工作目录下。用户可根据需要对该宏文件进行查询和修改。在ANSYS运行界面下调用该宏文件可直接生成多框整体结构件有限元模型。
图3和图4分别为利用本方法建立的多框整体结构件有限元模型简图和通过调用本方法生成的宏文件在ANSYS10.0界面下建立的多框体整体结构件有限元模型。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (2)
1、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。
2、根据权利要求1所述的建模方法，其特征是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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100237897A CN101281659B (zh) | 2008-04-28 | 2008-04-28 | 多框整体结构件的有限元建模方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100237897A CN101281659B (zh) | 2008-04-28 | 2008-04-28 | 多框整体结构件的有限元建模方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101281659A true CN101281659A (zh) | 2008-10-08 |
| CN101281659B CN101281659B (zh) | 2010-06-02 |
Family
ID=40014103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008100237897A Expired - Fee Related CN101281659B (zh) | 2008-04-28 | 2008-04-28 | 多框整体结构件的有限元建模方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101281659B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101923467A (zh) * | 2010-08-13 | 2010-12-22 | 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 | Cad软件、ug软件与cae软件之间的模型传输方法 |
| CN103177163A (zh) * | 2013-04-09 | 2013-06-26 | 常州工学院 | 一种复杂整体结构件铣削变形的随动预测方法 |
| CN105739958A (zh) * | 2014-12-10 | 2016-07-06 | 中国飞机强度研究所 | 一种整体框架有限元模型快速建立方法 |
| CN106354967A (zh) * | 2016-09-09 | 2017-01-25 | 北京航空航天大学 | 一种涡轮盘结构设计分析一体化方法 |
| CN110020473A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-07-16 | 常州市武进广宇花辊机械有限公司 | 热轧机支撑结构加工变形的随动预测方法 |
-
2008
- 2008-04-28 CN CN2008100237897A patent/CN101281659B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101923467A (zh) * | 2010-08-13 | 2010-12-22 | 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 | Cad软件、ug软件与cae软件之间的模型传输方法 |
| CN103177163A (zh) * | 2013-04-09 | 2013-06-26 | 常州工学院 | 一种复杂整体结构件铣削变形的随动预测方法 |
| CN105739958A (zh) * | 2014-12-10 | 2016-07-06 | 中国飞机强度研究所 | 一种整体框架有限元模型快速建立方法 |
| CN105739958B (zh) * | 2014-12-10 | 2019-02-15 | 中国飞机强度研究所 | 一种整体框架有限元模型快速建立方法 |
| CN106354967A (zh) * | 2016-09-09 | 2017-01-25 | 北京航空航天大学 | 一种涡轮盘结构设计分析一体化方法 |
| CN106354967B (zh) * | 2016-09-09 | 2018-07-17 | 北京航空航天大学 | 一种涡轮盘结构设计分析一体化方法 |
| CN110020473A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-07-16 | 常州市武进广宇花辊机械有限公司 | 热轧机支撑结构加工变形的随动预测方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101281659B (zh) | 2010-06-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102968542B (zh) | 应用ansys软件进行输电铁塔结构分析的方法 | |
| CN101281659B (zh) | 多框整体结构件的有限元建模方法 | |
| CN104077428A (zh) | 一种服务产业联盟的远程有限元分析方法 | |
| US20120069011A1 (en) | 3d design and modeling system and methods | |
| CN111159951B (zh) | 一种基于abaqus有限元与边界元的耦合方法 | |
| Cardoso et al. | Digital manufacturing, industry 4.0, clould computing and thing internet: Brazilian contextualization and reality | |
| Carpinteri et al. | Open and closed shear-walls in high-rise structural systems: Static and dynamic analysis | |
| CN103678737A (zh) | 一种杠杆***虚拟装配方法 | |
| Howcroft et al. | On the geometrically exact low-order modelling of a flexible beam: formulation and numerical tests | |
| CN103177165A (zh) | 客车车身结构设计***、客车侧翻仿真测试***及方法 | |
| Liang et al. | A novel reduced-order method using mixed nonlinear kinematics for geometrically nonlinear analysis of thin-walled structures | |
| CN117725859A (zh) | 飞机疲劳损伤关键部位的疲劳裂纹扩展预测方法及*** | |
| CN111563297A (zh) | 一种基于bp网络的超声速飞行器热环境计算方法 | |
| Terdalkar et al. | Graphically driven interactive finite element stress reanalysis for machine elements in the early design stage | |
| Rangel et al. | Ftool 5.0: Nonlinear, stability and natural vibration analyses | |
| Briggs et al. | Integrated, synchronous multi-user design and analysis | |
| Li et al. | Digital twin technology in intelligent manufacturing | |
| Shen et al. | A Markov data-based approach to system identification and output error covariance analysis for tensegrity structures | |
| Chen et al. | A data-driven minimum stiffness prediction method for machining regions of aircraft structural parts | |
| Yi et al. | Digital twin-driven assembly accuracy prediction method for high performance precision assembly of complex products | |
| CN103177163A (zh) | 一种复杂整体结构件铣削变形的随动预测方法 | |
| US11113437B2 (en) | Joint hardware and controller design | |
| CN111597630B (zh) | 一种接头选取方法、装置、设备及存储介质 | |
| Carty et al. | Fusion of aircraft synthesis and computer aided design | |
| KR20040019437A (ko) | 구조물데이터와 오토캐드를 이용한 철골도면 생성시스템 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100602 Termination date: 20170428 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |