CN108694300A - 一种有限元子模型自动生成的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有限元子模型自动生成的方法，包含以下步骤：A、建立全机有限元模型中该部位的局部有限元模型和子模型网络；B、获取步骤A中局部有限元模型的单元号，四个节点号，并获取四个点的坐标；C、获取步骤A中子模型网络的单元号、节点号，并获取四个角点的坐标。本发明采用子模型网络网络的方法可以克服前两种方案的缺点。子模型网络技术是首先将粗网格的有限元模型进行求解，得到粗网格上的计算结果，按照粗网格的边界大小重新建立一套细节网格，将粗网格的计算结果作为边界条件施加到细网格上，对细网格进行求解，可得出精度更高的局部实际结构应力。

Description

一种有限元子模型自动生成的方法

技术领域

本发明涉及一种模型构建方法，具体是一种有限元子模型自动生成的方法。

背景技术

在飞机设计中，飞机的全机有限元模型求解完成后，在一定程度上反映了飞机各个结构的传力路径和应力水平，指出了飞机结构中的容易破坏的部位，能够为结构试验和改进提供有益的参考。但是有限元的求解是一个数值解法，求解从理论上说有限元网格越细，插值结果越精确，而全机有限元网格如果都采用很细的网格，又对计算机的性能和计算的效率提出无法估量的考验；而采用全机有限元网格是粗网格，比较关心的部位采用细网格，在粗和细网格过渡区又容易产生畸形网格，导致计算结果不理想；又如某结构细节是开孔的板，但全机有限元模型用一个完整的四边形单元表示，开孔处的细节应力无法真实的获取。

传统建立子模型的方法如下：

1、建立全机有限元粗网格，并施加外载，对其求解得出求解结果；

2、建立子模型，边界点的坐标和有限元粗网格的边界点完全对应；

3、手动将粗网格和细网格进行边界约束，插值；

4、求解子模型，得出子模型的计算结果

传统方法的缺点：

1、传统方法需要借助成熟的有限元软件来完成，其不能将全机模型和子模型分开，于是要求子模型中的单元号和节点编号不能够与全机模型中的单元号和节点号重复，否则无法识别，造成冲突；

2、当把子模型和全机模型放在一起时，需要手动对子模型的边界和全机模型某部位去匹配和插值边界位移，不能实现自动化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有限元子模型自动生成的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种有限元子模型自动生成的方法，包含以下步骤：

A、建立全机有限元模型中该部位的局部有限元模型和子模型网络；

B、获取步骤A中局部有限元模型的单元号，四个节点号，并获取四个点的坐标；

C、获取步骤A中子模型网络的单元号、节点号，并获取四个角点的坐标；

D、根据子模型网络的角点坐标和图2四个节点的坐标匹配，得出子模型网络和局部有限元模型在空间的位置重合；

E、将局部有限元模型中的1,2,3,4号节点的位移分别施加在子模型网络当中9000230,9000210,9000000,9000020上；

F、将9000020,9000230连线，建立直线方程，将细节网格中所有的节点带入直线方程，筛选出满足直线方程的节点(即9000020,9000230连线上的其他节点)，按照线性插值的方法计算出这些节点的位移，并施加上；

G、同理，将其他三条边上的节点位移插值出来，并施加上；

H、生成子模型网络的有限元求解输入文件，进行有限元求解，得出求解结果。

作为本发明的进一步技术方案：当网络模型是平板，细节子模型网络是曲板的时候，获取角点连线上的节点方法如下：

①、建立全机四边形平板单元的平面方程，得出平面的法向量；

②、遍历细节子模型网络上的节点，获取其坐标，并对其向全机四边形的单元进行投影；

③、将每个角点的连线建立直线方程，将投影后的坐标带入直线方程，将满足只想方程的点筛选出来，并进行位移插值；

④、将插值结果施加到原子模型网络的对应的节点上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用子模型网络网络的方法可以克服前两种方案的缺点。子模型网络技术是首先将粗网格的有限元模型进行求解，得到粗网格上的计算结果，按照粗网格的边界大小重新建立一套细节网格，将粗网格的计算结果作为边界条件施加到细网格上，对细网格进行求解，可得出精度更高的局部实际结构应力。

附图说明

图1为子模型网络的结构示意图。

图2为全机有限元模型中该部位的局部有限元模型图。

图3为子模型网络节点位移约束示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，一种高效简便的获得子模型网络的边界条件方法，同时对子模型网络单元和节点编号没有限制，从而省去工程师建模时对节点和单元编号重复的担心，从而提高工作效率，降低错误概率。

如图1所示，为子模型网络，也就是某部位的细节模型，图中黑色的编号为子模型网络边界上的节点号，图2所示为全机有限元模型中该部位的局部有限元模型，1,2,3,4分别为四个节点的节点编号。

1、已知条件

1)全机有限元该部位的网格节点编号已知，可与子模型网络的四个节点同号，四个节点的坐标已知，单元号已知，四个节点的位移已知

2)细节模型中各个节点的编号和单元号，节点坐标已知。细节模型中可以使用不同的材料，规定不同的厚度，能够更加真实准确的表达实际结构。

2、实现过程

1)获取图2当中的单元号，四个节点号，并获取四个点的坐标

2)获取图1当中的单元号节点号，并获取四个角点的坐标

3)根据图1的角点坐标和图2四个节点的坐标匹配，得出图1和图2在空间的位置重合

4)将图2中的1,2,3,4号节点的位移分别施加在图1当中9000230,9000210,9000000,9000020上

5)将9000020,9000230连线，建立直线方程，将细节网格中所有的节点带入直线方程，筛选出满足直线方程的节点(即9000020,9000230连线上的其他节点)，按照线性插值的方法计算出这些节点的位移，并施加上

6)同理同理，将其他三条边上的节点位移插值出来，并施加上

7)生成子模型网络的有限元求解输入文件，进行有限元求解，得出求解结果。

本发明的工作原理是：1)线性插值

已知9000020的三个方向位移为(dx0，dy0，dz0)，坐标为(x0,y0,z0)，9000230的三个方向的位移为(dx1.dy1,dz1)，坐标为(x1，y1，z1)，设某节点在9000020和9000230的连线上，该节点的坐标为(x，y，z)，求其位移dx，dy，dz。具体公式如下：

2)当全机网格是平板，细节子模型网络是曲板的时候，获取角点连线上的节点方法

a)建立全机四边形平板单元的平面方程，得出平面的法向量；

b)遍历细节子模型网络上的节点，获取其坐标，并对其向全机四边形的单元进行投影；

c)将每个角点的连线建立直线方程，将投影后的坐标带入直线方程，将满足只想方程的点筛选出来，并进行位移插值；

d)将插值结果施加到原子模型网络的对应的节点上。

施加好的位移在有限元求解文件中的表示方式如图3所示。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种有限元子模型网格自动生成的方法，其特征在于，包含以下步骤：

A、建立全机有限元模型中该部位的局部有限元模型和子模型网格；

B、获取步骤A中局部有限元模型的单元号，四个节点号，并获取四个点的坐标；

C、获取步骤A中子模型网格的单元号、节点号，并获取四个角点的坐标；

D、根据子模型网格的角点坐标和图2四个节点的坐标匹配，得出子模型网格和局部有限元模型在空间的位置重合；

E、将局部有限元模型中的1,2,3,4号节点的位移分别施加在子模型网格当中9000230,9000210,9000000,9000020上；

F、将9000020,9000230连线，建立直线方程，将细节网格中所有的节点带入直线方程，筛选出满足直线方程的节点(即9000020,9000230连线上的其他节点)，按照线性插值的方法计算出这些节点的位移，并施加上；

G、同理，将其他三条边上的节点位移插值出来，并施加上；

H、生成子模型的有限元求解输入文件，进行有限元求解，得出求解结果。

2.根据权利要求1所述的一种有限元子模型网格自动生成的方法，其特征在于，当网络模型是平板，细节子模型网格是曲板的时候，获取角点连线上的节点方法如下：

①、建立全机四边形平板单元的平面方程，得出平面的法向量；

②、遍历细节子模型网格上的节点，获取其坐标，并对其向全机四边形的单元进行投影；

③、将每个角点的连线建立直线方程，将投影后的坐标带入直线方程，将满足只想方程的点筛选出来，并进行位移插值；

④、将插值结果施加到原子模型网格的对应的节点上。