基于力法的Global-Local细节有限元分析方法技术

本发明专利技术属于有限元分析技术，涉及一种高效、快捷、准确的根据结构总体分析结果完成局部结构细节应力分析（Global-Local）的方法。基于力法的Global-Local细节有限元分析方法是通过获得总体模型中所需进行的细节分析区域边界上结构内力，作为随后单独进行的细节分析模型的外力边界条件，来进行细节分析。它相对于传统以位移为边界的方法，具有高效、快捷、准确的特点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于有限元分析技术，涉及一种高效、快捷、准确的根据结构总体分析结果完成局部结构细节应力分析（Global-Local）的方法。是通过获得总体模型中所需进行的细节分析区域边界上结构内力，作为随后单独进行的细节分析模型的外力边界条件，来进行细节分析。它相对于传统以位移为边界的方法，具有高效、快捷、准确的特点。【专利说明】
本专利技术属于有限元分析技术，涉及一种高效、快捷、准确的根据结构总体分析结果 完成局部结构细节应力分析（Global-Local)的方法。
技术介绍
细节决定成败，在结构抗疲劳设计中体现得尤为突出。现阶段，细节有限元应力分 析已成为抗疲劳设计的主要手段。复杂结构、特别是飞机结构的细节分析常常采用大规模 的体元，同时考虑几何、材料、边界条件等的非线性因素进行分析来完成。这种细节分析由 于模型规模、有限元求解器求解功能等限制通常无法，也没有必要在总体分析模型中完成， 常常单独建立细节分析模型来完成。 目前细节分析的一般方法是先完成粗网格的总体结构的有限元线性分析，再在细 节模型中对所需分析的细节结构进行细节分析模型建立，并从总体分析结果中提取细节模 型边界条件来完成细节分析。单独总体和细节分析均可用现有的各种商业CAE软件较为方 便的完成，但从总体到局部的边界条件的传递必须采用从总体到局部的Global-Local技 术来进行。但目前传统Global-Local方法在适应范围、效率、精度上存在诸多限制，目前在 工程上缺乏高效、快捷、准确的方法。 以MSC/Patran为代表的工程常用Global-Local方法是根据总体分析结果插值获 得细节模型边界位移场来作为细节分析模型的边界条件进行细节分析，该方法主要存在如 下问题： a)位移场插值仅能针对平动位移，转动位移无法插值； b)lD、2D单元产生的位移场无法施加3D单元上，其过渡手动完成，效率极为低下； c)总体模型节点位移插值获得位移场无法保证所分析的细节结构所受载荷与实 际所受载荷一致。
技术实现思路
本专利技术的目的： 本专利技术提供一种以边界力为边界条件的高效、快捷、准确的Global-Local方法。 本专利技术的技术方案： 是通过获得总体模型中所需进行 的细节分析区域边界上结构内力，作为随后单独进行的细节分析模型的外力边界条件，来 进行细节分析。，该方法包括如下步骤： A建立总体分析模型：根据结构刚度进行结构离散网格化，建立正确反映结构传 力关系的总体模型，并根据总体应力分析结果、设计规范要求确定需要进行细节分析的关 键部位； B确定细节分析区域：根据所需细节分析结构的位置、大小、与周边的连接关系以 及适当过渡区，在总体模型中确定细节分析Local区的范围及边界节点与单元，如果总体 模型中过度简化的网格划分影响Local的选择，则对总体网格进行调整，以保证Local区所 受载荷符合真实的传力关系； C生成边界单元及边界节点：从总体分析模型中按指定格式生成边界节点与边界 单元信息； D生成边界节点的节点平衡力：确定总体分析中需要进行细节分析的载荷工况， 完成所需分析工况的含边界节点的节点平衡力输出的有限元分析； E获得Local区边界内力：根据步骤C获得的边界节点与边界单元信息及步骤D获 得的总体分析结果中的节点平衡力提取Local区边界所受的结构内力，该内力将作为随后 独立进行的细节分析的外载边界条件。 F建立细节模型：根据细节结构的结构形式、连接关系以及受载方式情况，建立细 节分析模型； G生成细节分析文件：在步骤F生成的模型中定义包括外载、刚体位移约束及接 触、连接关系，并根据求解问题的特性定义求解序列，并生成相应的细节分析文件； Η生成细节分析求解文件：根据Local区边界节点坐标、边界载荷、细节模型、手动 输入载荷点信息、载荷点分支连接信息，采用边界载荷点自动连接技术、边界载荷点分支连 接技术生成边界加载点与细节模型的连接关系，并按指定有限元求解器所需文件格式生成 边界加载点连接、载荷卡并与步骤G所生成的分析文件合并生成最终细节计算分析文件； I完成细节分析求解计算：调用选定有限元求解器完成细节分析计算，获得细节 分析结果。 A所述的结构刚度是指：结构抵抗因受力而产生变形的能力； A所述的总体模型是指：包含全机或整个部件结构的采用较大尺寸单元的粗网格 进行结构网格离散建立的有限元模型； A所述的细节模型是指：针对总体模型中局部范围的模型，将考虑结构的真实连 接关系因素、采用较小尺寸单元建立有限元网格。主要用于获得局部细节的真实、准确的应 力应变状态。 B所述的Local区是指：与后续单独进行细节分析的结构对应的总体模型Global 的特定区域； B所述的过渡区是指：为保证细节分析所需考核部位的分析结果的准确性，在 Local区选取时应扩大的一定范围。Local区应是考核区域加上过渡区，过渡区的范围一般 为总体模型网格尺寸的1. 5?2倍。 C所述的边界节点是指：Local区与Global边界界面以及Local区承受外载的节 占. C所述的边界单元是指：Local区中与边界节点相连的所有单元； D所述的节点平衡力是指：有限元分析中单个节点所受所有载荷的罗列，它包括 相连的各个单元对该节点的作用力、外部作用载荷、MPC力、SPC力。可根据此生成结果以及 Local区边界单元信息获得Local区的虚拟分割的自由体FreeBody内力。 E所述的结构内力是指：虚拟的将完整结构切开，切口两侧的结构之间的相互作 用力。该内力将作为后续单独进行的细节分析模型的外载。 E所述的细节模型边界载荷是指：Local区边界节点上Global区对Local区的作 用的结构内力，以及Local区内所受外载； F所述的细节模型是指：考虑结构的具体形式、分析问题类型因素，建立的有限元 网格模型； G所述的细节分析文件是指在细节模型上完成材料特性、手动外载施加、刚体位移 约束以及接触、连接关系定义，并完成求解序列定义，但不包括步骤E中获得的细节模型边 界载荷的可提交有限元求解器求解分析的文件。 Η所述的手动输入载荷点是指：在细节模型边界载荷中需要在Η步中手动施加的 载荷，手动输入载荷点将不在自动连接时进行连接，也不形成载荷卡，该点载荷已在步骤G 中按分析所需形式，手动定义施加到细节模型上； Η所述的载荷点分支连接信息是指：边界载荷点采用分支连接时的加载点的分支 点数及分支点坐标信息； Η所述的自动连接技术是指：边界载荷点需与细节模型的节点相连才能完成边界 载荷的施加，该项技术是根据加载点坐标、细节模型节点坐标自动完成边界载荷点与细节 模型节点连接的技术； Η所述的分支加载技术是指：根据结构的真实连接情况，人为指定边界载荷点分 支到多点与细节模型相连，以增加边界载荷施加的真实性。边界载荷节点位置是由总体模 型决定，由于总体模型对真实结构可能进行了简化较大，网格较粗，导致边界上的传力与真 实结构有较大差异。 本专利技术的技术效果： 本专利技术是针对具有复杂连接关系的结构特别是飞本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于力法的Global‑Local细节有限元分析方法，其特征是，该方法包括如下步骤：A建立总体分析模型：根据结构刚度进行结构离散网格化，建立正确反映结构传力关系的总体模型，并根据总体应力分析结果、设计规范要求确定需要进行细节分析的关键部位；B确定细节分析区域：根据所需细节分析结构的位置、大小、与周边的连接关系以及适当过渡区，在总体模型中确定细节分析Local区的范围及边界节点与单元，如果总体模型中过度简化的网格划分影响Local的选择，则对总体网格进行调整，以保证Local区所受载荷符合真实的传力关系；其特征是，C生成边界单元及边界节点：从总体分析模型中按指定格式生成边界节点与边界单元信息；D生成边界节点的节点平衡力：确定总体分析中需要进行细节分析的载荷工况，完成所需分析工况的含边界节点的节点平衡力输出的有限元分析；E获得Local区边界内力：根据步骤C获得的边界节点与边界单元信息及步骤D获得的总体分析结果中的节点平衡力提取Local区边界所受的结构内力，该内力将作为随后独立进行的细节分析的外载边界条件；F建立细节模型：根据细节结构的结构形式、连接关系以及受载方式情况，建立细节分析模型；G生成细节分析文件：在步骤F生成的模型中定义包括外载、刚体位移约束及接触、连接关系，并根据求解问题的特性定义求解序列，并生成相应的细节分析文件；H生成细节分析求解文件：根据Local区边界节点坐标、边界载荷、细节模型、手动输入载荷点信息、载荷点分支连接信息，采用边界载荷点自动连接技术、边界载荷点分支连接技术生成边界加载点与细节模型的连接关系，并按指定有限元求解器所需文件格式生成边界加载点连接、载荷卡并与步骤G所生成的分析文件合并生成最终细节计算分析文件；I完成细节分析求解计算：调用选定有限元求解器完成细节分析计算，获得细节分析结果。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王凡，叶建飞，
申请(专利权)人：成都飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51