一种四边形单元实时二分式加密‑减密方法技术

本发明专利技术属于有限元仿真领域，具体一种面向计算过程的四边形单元实时加密—减密方法，用于提高基于四边形单元的板料冲压有限元模拟的计算效率。本发明专利技术包括四边形单元二分式加密方法和四边形单元减密方法两部分，其中四边形单元二分式加密方法包括步骤(1)：初始加密判断；步骤(2)：补充加密判断；步骤(3)：单元分割方向判断；步骤(4)：单元分割。四边形单元减密方法包括步骤(1)：减密判断；步骤(2)：单元合并。将本发明专利技术应用于板料冲压有限元模拟，可以实时调整有限元计算过程中的网格密度，当材料流经模具折边区域时网格自动加密，材料流经模具平缓区域时网格自动减密，从而减少计算过程中的单元数目，提高计算效率。

【技术实现步骤摘要】
一种四边形单元实时二分式加密-减密方法
本专利技术属于有限元仿真领域，更具体地，涉及一种四边形单元实时二分式加密—减密方法，其能够在板料冲压模拟过程中，基于四边形网格密度进行实时调整。
技术介绍
随着有限元理论和计算机技术的发展，计算机辅助工程(CAE)技术和软件已逐渐成为工程设计人员从事产品研究和开发的得力工具。其中四边形单元作为主流的片体单元，广泛应用于板材冲压成形仿真领域。实际工程的有限元模型越来越复杂，网格划分是准确反映有限元模型的重要环节。网格尺寸和数量对计算精度和计算规模产生直接影响，一般来说，单元网格尺寸越小，有限元模型精度和计算精度会增加，同时由于单元数量的增加，计算时间和计算成本也会大大增加。在专利CN105373672A中公开了一种四边形单元实时加密—减密方法，该方法将待分割单元分成四个小的单元，对四边形单元的网格密度进行调整，该方法能够对网格密度进行实时调整，且由于是四分式加减密方法，其具有很高的计算精度，且在计算效率上相比以往的方法也有较大的提升。但进一步的研究表明，上述专利中所涉及的四边形单元实时加密-减密方法的计算量依然很大，由此而产生的计算成本也较高，在大型板料的冲压模拟过程中，由于其对于计算时间和计算精度要求都较高，采用上述方法所需要的计算时间和计算成本依然很大，依然不能满足实际需要。针对上述技术问题，目前还没有看到一套省时、高效、高精度的网格密度实时调整方法，如何解决上述技术难点，是本专利技术要解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种四边形单元实时二分式加密—减密方法，基于目前有限元仿真领域中网格大小与仿真精度和计算量大小均呈正比的特点，相应设计了一种对四边形单元进行二分式加密—减密的方法，尤其针对该方法中对于加密方向的判断方面进行了研究和设计，还对整个方法的网格划分和计算过程等方面进行研究和设计，相应可有效解决有限元仿真时的网格精度不够和计算量大的问题，同时具有计算方法简单、计算成本低等优点，因而尤其适用于板材冲压的有限元仿真领域。为实现上述目的，本专利技术提供了一种面向计算过程的四边形单元实时加密—减密方法，用于提高基于四边形单元的板料冲压有限元模拟的计算效率。本专利技术所采用的技术方案是：设定单元最高加密级别为N，初始单元加密级别i＝0；在计算初期采用尺寸较大的四边形单元网格；随着计算的进行，在变形剧烈进行四边形网格的实时加密；当已加密区域不在需要高密度的网格时，对已加密单元进行实时减密。按照本专利技术的一个方面，提供了一种四边形单元实时二分式加密方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)初始加密判断：步骤(1-1)：以板料模型为分析对象，记当前板料包括m个四边形单元，分别为第1单元、第2单元、…、第m单元，设集合U＝{第1单元、第2单元、…、第m单元}；建立待加密单元集合，该待加密集合为空集；设定j＝1；设定最高加密级别为N；步骤(1-2)：若第j单元的加密级别为N-1，并且，该第j单元不属于所述待加密单元集合，则执行步骤(1-3)，否则执行步骤(1-5)；步骤(1-3)：若第j单元与其中任意一个相邻单元之间的夹角大于夹角临界值，且该相邻单元的加密级别等于该第j单元的加密级别，则将该第j单元和该相邻单元添加到所述待加密单元集合，执行步骤(1-5)；若该第j单元与其任意一个相邻单元之间的夹角大于夹角临界值，且该相邻单元的加密级别等于最高的加密级别N，则将该第j单元添加到所述待加密单元集合，执行步骤(1-5)；否则执行步骤(1-4)；步骤(1-4)：若该第j单元的翘曲角度大于翘曲角度临界值，则将该第j单元添加到所述待加密单元集合；步骤(1-5)：若j<m，令j＝j+1，执行步骤(1-2)；否则将所有属于属于所述待加密单元集合的单元的加密级别加1，并记所述待加密单元集合的元素个数为s，执行步骤(2)；步骤(2)补充加密判断：步骤(2-1)：令补充加密标记为假；定义补充加密备选集合，该补充加密备选集合为所述待加密单元集合在所述集合U中的补集，该补充加密备选集合包括(m-s)个元素，分别为第1备选单元、第2备选单元、…、第(m-s)备选单元；对于第k备选单元，设定k＝1；步骤(2-2)：若该第k备选单元的加密级别为N-1，有且只有其任意2条非相邻边上除边两端点外还存在其他节点，则将该第k备选单元添加到所述待加密单元集合，将该第k备选单元的加密级别加1，令补充加密标记为真；步骤(2-3)：若k<(m-s)，令k＝k+1，并执行步骤(2-2)；否则执行步骤(2-4)；步骤(2-4)：将补充加密标记为真的备选单元加入待加密单元集合中，并更新所述待加密单元集合的元素个数s，并执行步骤(3)；步骤(3)：单元分割方向判断：步骤(3-1)：所述待加密单元集合中的s个元素分别记为第1待加密单元、第2待加密单元、…、第s待加密单元；对于第i待加密单元，设定i＝1；步骤(3-2)：若第i待加密单元的4条边除边两端点外不存在其他节点，则执行步骤(3-3)；否则执行步骤(4)；步骤(3-3)：分别记录第i待加密单元与其相邻的4个单元的夹角，按顺时针方向记为∠1、∠2、∠3、∠4；若(∠1+∠3)>(∠2+∠4)，则将与第i待加密单元夹角分别为∠2和∠4的两个相邻单元的共有边均分为两份；否则将与第i待加密单元夹角分别为∠1和∠3的两个相邻单元的共有边均分为两份；步骤(3-4)：若i<s，令i＝i+1，并执行步骤(3-2)；否则执行步骤(4)；步骤(4)：对所述待加密集合单元中的单元进行分割。具体地，通过初始加密判断初步确定需要加密的单元，进一步对不满足加密条件的加密单元进行补充加密判断，挑选出其中满足加密条件的单元，从而得到最终的准确的加密单元。本专利技术创造性地提出采用二分式进行加密，此时加密方向的判断至关重要，通过对每个加密单元进行加密方向的判断后，在进行单元的分割。本专利技术的方法能够根据模型自身的形状特点，对有限元仿真模型中的网格进行精确划分，同时极大的减少了计算量，提高了有限元仿真的效率并降低了成本。进一步优选地，所述步骤(1-3)和步骤(3-3)中，单元之间的夹角为这两个四边形单元法向量之间的夹角。优选地，所述步骤(1-4)中，所述翘曲角度的计算方法如下：以四边形单元的一条对角线为边界，将该四边形单元分为两个三角形单元，这两个三角形单元法向量的夹角记为∠1；以该四边形单元的另一条对角线将该四边形单元重新划分成两个三角形单元，这两个三角形单元法向量的夹角记为∠2；∠1与∠2中较大值为该四边形单元的翘曲角度。优选地，所述步骤(4)对所述待加密集合单元中的单元进行分割，将所述待加密单元集合中的四边形单元作为四边形母单元；若该四边形母单元任意一条边除该边两端点外不存在其他节点，则根据步骤(3-3)在该母单元需要均分的两条边中点增加中间节点；若该四边形母单元中某一条边存在中间节点，则在该边的非相邻边中点位置增加中间节点；若该四边形母单元中某两条非相邻边分别存在中间节点；接着将两中间节点相连，将该四边形母单元分割成两个四边形子单元；所述中间节点的坐标、速度、位移为所述四边形母单元所在边的两端点节点的平均值；所述四边形子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四边形单元实时二分式加密方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)初始加密判断：步骤(1‑1)：以板料模型为分析对象，记当前板料包括m个四边形单元，分别为第1单元、第2单元、…、第m单元，设集合U＝{第1单元、第2单元、…、第m单元}；建立待加密单元集合，该待加密集合为空集；设定j＝1；设定最高加密级别为N；步骤(1‑2)：若第j单元的加密级别为N‑1，并且，该第j单元不属于所述待加密单元集合，则执行步骤(1‑3)，否则执行步骤(1‑5)；步骤(1‑3)：若第j单元与其中任意一个相邻单元之间的夹角大于夹角临界值，且该相邻单元的加密级别等于该第j单元的加密级别，则将该第j单元和该相邻单元添加到所述待加密单元集合，执行步骤(1‑5)；若该第j单元与其任意一个相邻单元之间的夹角大于夹角临界值，且该相邻单元的加密级别等于最高的加密级别N，则将该第j单元添加到所述待加密单元集合，执行步骤(1‑5)；否则执行步骤(1‑4)；步骤(1‑4)：若该第j单元的翘曲角度大于翘曲角度临界值，则将该第j单元添加到所述待加密单元集合；步骤(1‑5)：若j<m，令j＝j+1，执行步骤(1‑2)；否则将所有属于属于所述待加密单元集合的单元的加密级别加1，并记所述待加密单元集合的元素个数为s，执行步骤(2)；步骤(2)补充加密判断：步骤(2‑1)：令补充加密标记为假；定义补充加密备选集合，该补充加密备选集合为所述待加密单元集合在所述集合U中的补集，该补充加密备选集合包括(m‑s)个元素，分别为第1备选单元、第2备选单元、…、第(m‑s)备选单元；对于第k备选单元，首先设定k＝1；步骤(2‑2)：若第k备选单元的加密级别为N‑1，有且只有其任意2条非相邻边上除边两端点外还存在其他节点，则将该第k备选单元添加到所述待加密单元集合，将该第k备选单元的加密级别加1，令补充加密标记为真；步骤(2‑3)：若k<(m‑s)，令k＝k+1，并执行步骤(2‑2)；否则执行步骤(2‑4)；步骤(2‑4)：将补充加密标记为真的备选单元加入待加密单元集合中，并更新所述待加密单元集合的元素个数s，并执行步骤(3)；步骤(3)：单元分割方向判断：步骤(3‑1)：所述待加密单元集合中的s个元素分别记为第1待加密单元、第2待加密单元、…、第s待加密单元；对于第i待加密单元，首先设定i＝1；步骤(3‑2)：若第i待加密单元的4条边除边两端点外不存在其他节点，则执行步骤(3‑3)；否则执行步骤(4)；步骤(3‑3)：分别记录第i待加密单元与其相邻的4个单元的夹角，按顺时针方向记为∠1、∠2、∠3、∠4；若(∠1+∠3)>(∠2+∠4)，则将与第i待加密单元夹角分别为∠2和∠4的两个相邻单元的共有边均分为两份；否则将与第i待加密单元夹角分别为∠1和∠3的两个相邻单元的共有边均分为两份；步骤(3‑4)：若i<s，令i＝i+1，并执行步骤(3‑2)；否则执行步骤(4)；步骤(4)：对所述待加密集合单元中的单元进行分割。...

【技术特征摘要】
1.一种四边形单元实时二分式加密方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)初始加密判断：步骤(1-1)：以板料模型为分析对象，记当前板料包括m个四边形单元，分别为第1单元、第2单元、…、第m单元，设集合U＝{第1单元、第2单元、…、第m单元}；建立待加密单元集合，该待加密集合为空集；设定j＝1；设定最高加密级别为N；步骤(1-2)：若第j单元的加密级别为N-1，并且，该第j单元不属于所述待加密单元集合，则执行步骤(1-3)，否则执行步骤(1-5)；步骤(1-3)：若第j单元与其中任意一个相邻单元之间的夹角大于夹角临界值，且该相邻单元的加密级别等于该第j单元的加密级别，则将该第j单元和该相邻单元添加到所述待加密单元集合，执行步骤(1-5)；若该第j单元与其任意一个相邻单元之间的夹角大于夹角临界值，且该相邻单元的加密级别等于最高的加密级别N，则将该第j单元添加到所述待加密单元集合，执行步骤(1-5)；否则执行步骤(1-4)；步骤(1-4)：若该第j单元的翘曲角度大于翘曲角度临界值，则将该第j单元添加到所述待加密单元集合；步骤(1-5)：若j&lt;m，令j＝j+1，执行步骤(1-2)；否则将所有属于属于所述待加密单元集合的单元的加密级别加1，并记所述待加密单元集合的元素个数为s，执行步骤(2)；步骤(2)补充加密判断：步骤(2-1)：令补充加密标记为假；定义补充加密备选集合，该补充加密备选集合为所述待加密单元集合在所述集合U中的补集，该补充加密备选集合包括(m-s)个元素，分别为第1备选单元、第2备选单元、…、第(m-s)备选单元；对于第k备选单元，首先设定k＝1；步骤(2-2)：若第k备选单元的加密级别为N-1，有且只有其任意2条非相邻边上除边两端点外还存在其他节点，则将该第k备选单元添加到所述待加密单元集合，将该第k备选单元的加密级别加1，令补充加密标记为真；步骤(2-3)：若k&lt;(m-s)，令k＝k+1，并执行步骤(2-2)；否则执行步骤(2-4)；步骤(2-4)：将补充加密标记为真的备选单元加入待加密单元集合中，并更新所述待加密单元集合的元素个数s，并执行步骤(3)；步骤(3)：单元分割方向判断：步骤(3-1)：所述待加密单元集合中的s个元素分别记为第1待加密单元、第2待加密单元、…、第s待加密单元；对于第i待加密单元，首先设定i＝1；步骤(3-2)：若第i待加密单元的4条边除边两端点外不存在其他节点，则执行步骤(3-3)；否则执行步骤(4)；步骤(3-3)：分别记录第i待加密单元与其相邻的4个单元的夹角，按顺时针方向记为∠1、∠2、∠3、∠4；若(∠1+∠3)&gt;(∠2+∠4)，则将与第i待加密单元夹角分别为∠2和∠4的两个相邻单元的共有边均分为两份；否则将与第i待加密单元夹角分别为∠1和∠3的两个相邻单元的共有边均分为两份；步骤(3-4)：若i&lt;s，令i＝i+1，并执行步骤(3-2)；否则执行步骤(4)；步骤(4)：对所述待加密集合单元中的单元进行分割。2.如权利要求1所述的四边形单元实时二分式加密方法，其特征在于，所述步骤(1-3)和步骤(3-3)中，待加密单元与其相邻单元之间的夹角为这两个四边形单元法向量之间的夹角。3.如权利要求1所述的四边形单元实时二分式加密方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳玉起，章志兵，孔炎，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42