整体叶轮循环对称网格自动生成方法技术

本发明专利技术公开了一种整体叶轮循环对称网格自动生成方法，用于对整体叶轮的循环对称段进行有限元六面体三维实体单元网格生成，整体叶轮包括叶片和轮盘，该整体叶轮循环对称网格自动生成方法包括步骤：生成叶片的叶片六面体有限元网格；根据叶片六面体有限元网格，生成叶片的直纹曲面；构建轮盘的轮盘二维几何造型，并根据构建的轮盘二维几何造型生成轮盘二维有限元网格；将轮盘二维有限元网格映射到直纹曲面上以形成直纹面二维网格；根据直纹面二维网格，生成整体叶轮的二十节点六面体单元。本发明专利技术实现了从几何造型到网格自动生成流程的自动化，且精度和效率高，易于在有限元结构优化设计中得到应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有限元网格生成领域，特别地，涉及一种整体叶轮循环对称网格自动生成方法。
技术介绍
在进行叶轮有限元结构分析时需对叶轮进行有限元网格的划分，现有技术中对叶轮循环对称有限元网格的划分，仅能进行四节点或十节点四面体网格(如图1所示)的三维有限元自动划分，其中，生成四面体单元的步骤包括：①、生成整体叶轮的实体造型；②、截取整体叶轮的实体造型的循环对称段；③、对循环对称段进行网格划分。因此，现有技术中生成的四面体单元精度较低、步骤较多、工作量大、效率低，难以实现从几何造型到网格自动生成流程的自动化，故难以在优化设计中应用。所以为了提高分析效率以及进行优化设计，希望直接针对叶片造型获得叶形数据，通过对少量的控制参数的控制来自动生成有限元网格。由于二十节点的六面体三维实体单元的精度较高，因此希望将其划分为二十节点的三维实体单元，但现有技术中还不能根据整体叶轮生成二十节点的六面体三维实体单元。因此，现有技术中不能生成整体叶轮的循环对称段的有限元六面体三维实体单元网格，是一件亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种整体叶轮循环对称网格自动生成方法，以解现有技术中不能生成整体叶轮的循环对称段的有限元六面体三维实体单元网格的技术问题。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种整体叶轮循环对称网格自动生成方法，用于对整体叶轮的循环对称段进行有限元六面体三维实体单元网格生成，整体叶轮包括叶片和轮盘，该整体叶轮循环对称网格自动生成方法包括步骤：生成叶片的叶片六面体有限元网格；根据叶片六面体有限元网格，生成叶片的直纹曲面；构建轮盘的轮盘二维几何造型，并根据构建的轮盘二维几何造型生成轮盘二维有限元网格；将轮盘二维有限元网格映射到直纹曲面上以形成直纹面二维网格；根据直纹面二维网格，生成整体叶轮的二十节点六面体单元。进一步地，根据叶片六面体有限元网格，生成叶片的直纹曲面的步骤包括：根据叶片六面体有限元网格，拟合叶片的叶根样条曲线；根据叶根样条曲线，生成叶片的直纹曲面。进一步地，根据叶片六面体有限元网格，拟合叶片的叶根样条曲线的步骤包括：获取叶片六面体有限元网格中的叶根中点；沿叶宽方向等距离选取并连接叶根中点，生成叶片的叶根样条曲线。进一步地，根据叶根样条曲线，生成叶片的直纹曲面的步骤包括：对叶根样条曲线沿轮盘的轴向方向延伸；等距离选取延伸后的叶根样条曲线上的样条曲线点；过样条曲线点分别作垂直于X轴的直线以在延伸后的叶根样条曲线和X轴之间形成直纹曲面。进一步地，对叶根样条曲线沿轮盘的轴向方向延伸的步骤包括：保持叶根样条曲线两端点处的半径不变，顺着叶根样条曲线原有的弯曲方向往X轴的两端延伸，使延伸后的叶根样条曲线覆盖整个轮盘的整个区域。进一步地，过样条曲线点分别作垂直于X轴的直线以在延伸后的叶根样条曲线和X轴之间形成直纹曲面的步骤包括：循环扫描二维有限元网格的有限元节点和叶根样条曲线的样条曲线点，确定有限元节点是否落在直纹曲面对应的三角形内，若有限元节点落在直纹曲面对应的三角形内，则根据三角形的三个顶点的坐标值插值计算有限元节点的周向坐标。进一步地，根据直纹面二维网格，生成整体叶轮的二十节点六面体单元的步骤包括：以事先设定的周向角度对直纹面二维网格进行周向复制循环，生成整体叶轮的二十节点六面体单元。进一步地，根据直纹面二维网格，生成整体叶轮的二十节点六面体单元的步骤还包括：将直纹面二维网格中的所有节点坐标绕X轴旋转复制设定的周向角度，获取二十节点六面体单元上的网格节点，并周向循环生成与网格节点相对应的单元节点编号。进一步地，根据直纹面二维网格，生成整体叶轮的二十节点六面体单元的步骤还包括：根据样条曲线点的坐标，调整与样条曲线点相对应的有限元节点的坐标，使有限元节点的坐标与对应的样条曲线点的坐标相等。进一步地，根据直纹面二维网格，生成整体叶轮的二十节点六面体单元的还步骤包括：加入叶片六面体有限元网格，消除叶根重复节点的多余节点号，并删除未连单元的网格节点，对网格节点按循序重新编号。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的整体叶轮循环对称网格自动生成方法，首先通过对叶轮的实体造型进行分析，分别生成叶片六面体有限元网格和轮盘二维有限元网格；然后根据叶片六面体有限元网格生成直纹曲面，将轮盘二维有限元网格映射到直纹曲面上形成直纹面二维网格；再根据直纹面二维网格，生成整体叶轮的二十节点六面体单元，解决了现有技术中不能生成整体叶轮的循环对称段的有限元六面体三维实体单元网格的技术问题。本专利技术实现了从几何造型到网格自动生成流程的自动化，且精度和效率高，易于在有限元结构优化设计中得到应用。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是现有技术中生成的十节点四面体网格的结构示意图；图2是压气机轴流叶盘的结构示意图；图3是离心叶轮的结构示意图；图4是离心叶轮的循环对称段的结构示意图；图5是本专利技术整体叶轮循环对称网格自动生成方法的第一实施例的流程示意图；图6是本专利技术叶片六面体有限元网格的结构示意图；图7是本专利技术轮盘二维几何模型的结构示意图；图8是本专利技术轮盘二维有限元网格的结构示意图；图9是本专利技术叶根样条曲线的结构示意图；图10是本专利技术叶根样条曲线延伸时的结构示意图；图11是本专利技术直纹曲面的平面结构示意图；图12是本专利技术直纹曲面的立体结构示意图；图13是本专利技术有限元节点落入直纹曲面的立体结构示意图；图14是本专利技术生成的二十节点六面体单元的结构示意图；图15是图5中根据叶片六面体有限元网格，生成叶片的直纹曲面的步骤的细化流程示意图；图16是图15中根据叶片六面体有限元网格，拟合叶片的叶根样条曲线的步骤的细化流程示意图；图17是图15中根据叶根样条曲线，生成叶片的直纹曲面的步骤的细化流程示意图。附图标号说明：10、叶片、11、大叶片；12、小叶片；20、轮盘；30、边界面；40、轮缘；50、叶根中点；60、样条曲线。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。参照图5，本专利技术的优选实施例提供了一种整体叶轮循环对称网格自动生成方法，用于对整体叶轮的循环对称段进行有限元六面体三维实体单元网格生成，该整体叶轮可以为轴流风扇叶盘、压气机叶盘、离心叶轮、斜流叶轮、轴流涡流叶盘等，如图2至图4所示，整体叶轮包括叶片10和轮盘20，轮盘20与叶片10相连的一端设有轮缘40，轮缘40与叶片10之间通过边界面30相连，叶片10包括大叶片11和小叶片12，该整体叶轮循环对称网格自动生成方法包括步骤：步骤S100、生成叶片的叶片六面体有限元网格。如图6所示，根据整体叶轮的循环对称段中的叶片的实体造型，生成叶片六面体有限元网格，假设沿叶片宽度方向总单元数为Nx。步骤S200、根据叶片六面体有限元网格，生成叶片的直纹曲面。如图9所示，沿叶片六面体有限元网格的叶宽方向等距离选取叶片六面体有限元网格的叶根中点50，并将选取的叶根中点50连接在一起构成叶根样条曲线60；如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种整体叶轮循环对称网格自动生成方法，用于对整体叶轮的循环对称段进行有限元六面体三维实体单元网格生成，所述整体叶轮包括叶片和轮盘，其特征在于，所述整体叶轮循环对称网格自动生成方法包括步骤：生成所述叶片的叶片六面体有限元网格；根据所述叶片六面体有限元网格，生成所述叶片的直纹曲面；构建所述轮盘的轮盘二维几何造型，并根据构建的所述轮盘二维几何造型生成轮盘二维有限元网格；将所述轮盘二维有限元网格映射到所述直纹曲面上以形成直纹面二维网格；根据所述直纹面二维网格，生成所述整体叶轮的二十节点六面体单元。

【技术特征摘要】
1.一种整体叶轮循环对称网格自动生成方法，用于对整体叶轮的循环对称段进行有限元六面体三维实体单元网格生成，所述整体叶轮包括叶片和轮盘，其特征在于，所述整体叶轮循环对称网格自动生成方法包括步骤：生成所述叶片的叶片六面体有限元网格；根据所述叶片六面体有限元网格，生成所述叶片的直纹曲面；构建所述轮盘的轮盘二维几何造型，并根据构建的所述轮盘二维几何造型生成轮盘二维有限元网格；将所述轮盘二维有限元网格映射到所述直纹曲面上以形成直纹面二维网格；根据所述直纹面二维网格，生成所述整体叶轮的二十节点六面体单元。2.根据权利要求1所述的整体叶轮循环对称网格自动生成方法，其特征在于，所述根据所述叶片六面体有限元网格，生成所述叶片的直纹曲面的步骤包括：根据所述叶片六面体有限元网格，拟合所述叶片的叶根样条曲线；根据所述叶根样条曲线，生成所述叶片的直纹曲面。3.根据权利要求2所述的整体叶轮循环对称网格自动生成方法，其特征在于，所述根据所述叶片六面体有限元网格，拟合所述叶片的叶根样条曲线的步骤包括：获取所述叶片六面体有限元网格中的叶根中点；沿叶宽方向等距离选取并连接所述叶根中点，生成所述叶片的叶根样条曲线。4.根据权利要求2所述的整体叶轮循环对称网格自动生成方法，其特征在于，所述根据所述叶根样条曲线，生成所述叶片的直纹曲面的步骤包括：对所述叶根样条曲线沿所述轮盘的轴向方向延伸；等距离选取延伸后的所述叶根样条曲线上的样条曲线点；过所述样条曲线点分别作垂直于X轴的直线以在延伸后的所述叶根样条曲线和所述X轴之间形成直纹曲面。5.根据权利要求4所述的整体叶轮循环对称网格自动生成方法，其特征在于，所述对所述叶根样条曲线沿所述轮盘的轴向方向延伸的步骤包括：保持所述叶根样条曲线两端点处的半径不变，顺着所述叶根样条曲线原有的弯曲方向往X轴的两端延伸，使延伸后的所述叶根...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡显新，刘建新，齐思鑫，
申请(专利权)人：中国航空动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：湖南;43