一种梁板复合式卫星结构共节点网格快速生成方法技术

一种梁板复合式卫星结构共节点网格快速生成方法，它包括以下步骤：步骤1：对卫星结构几何模型提取中面；步骤2：获取需要处理的中面集合及其元素数目N；步骤3：对所有的面对(A,B)进行有关操作；步骤4：创建梁的模拟线；步骤5：将梁的模拟线结合至其所在的面；步骤6：对所有的面进行缝合；步骤7：对结构的几何模型划分二维有限元网格；步骤8：创建一维单元。通过该方法能对卫星结构三维实体模型抽取中面得到的几何进行自动处理，消除面与面之间的间隙并且删除多余的部分，最终生成的几何模型可以划分高质量的梁板共节点有限元网格。避免了大量的人机交互操作，需要的时间少，通用性强，适用范围广泛，具有很强的工程实用价值。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种梁板复合式卫星结构共节点网格快速生成方法，属于航天器结构分析的

技术介绍
：目前卫星结构多采用蜂窝夹层板承受和传递力学载荷，并为仪器设备提供安装支撑。随着设计方法和制造工艺的进步，一些卫星平台开始采用梁板复合式结构作为主承力形式，其中梁为高模量碳纤维缠绕的矩形或工字梁，预埋于卫星主隔板内部，起主要的承力作用；板为碳纤维蒙皮铝蜂窝板，起辅助支撑作用。为了验证卫星结构的设计是否满足要求，工程中一般采用有限元方法对其进行力学性能分析。卫星结构的几何模型一般采用三维实体进行建模，但有限元建模时一般分别采用梁单元和板壳单元对梁和蜂窝夹层板进行力学模拟，因此如果直接由三维实体抽取中面后划分有限元网格，则一方面梁单元很难通过实体几何抽象得到，另一方面相邻面之间的间隙会导致有限元网格的不连续。工程中希望能生成梁板共用节点的有限元网格，且板与板之间亦共用节点，从而无需额外引入刚性连接单元。梁板复合式卫星结构共节点网格快速生成的主要难点是：梁单元很难通过三维实体几何抽象本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种梁板复合式卫星结构共节点网格快速生成方法，其特征在于：它包括以下步骤：步骤1：对导入有限元建模软件的卫星结构几何模型提取中面；步骤2：获取需要处理的中面集合及其元素数目N：步骤3：对所有的面对(A,B)进行以下操作：步骤3.1：计算A和B的法向量之间的夹角θAB；步骤3.2：若10°＜θAB＜170°，则执行步骤3.3至3.10；步骤3.3：找出A中所有需要向B延伸的边及其数目NA；步骤3.4：若NA＞0，则执行步骤3.5至3.6；否则执行步骤3.7至3.10；步骤3.5：计算A中的边需要向B延伸的长度δA；步骤3.6：将A中所有需要向B延伸的边延伸δA；步骤3.7：找出B中所有需要向A延...

【技术特征摘要】
1.一种梁板复合式卫星结构共节点网格快速生成方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤1：对导入有限元建模软件的卫星结构几何模型提取中面；
步骤2：获取需要处理的中面集合及其元素数目N：
步骤3：对所有的面对(A,B)进行以下操作：
步骤3.1：计算A和B的法向量之间的夹角θAB；
步骤3.2：若10°＜θAB＜170°，则执行步骤3.3至3.10；
步骤3.3：找出A中所有需要向B延伸的边及其数目NA；
步骤3.4：若NA＞0，则执行步骤3.5至3.6；否则执行步骤3.7至3.10；
步骤3.5：计算A中的边需要向B延伸的长度δA；
步骤3.6：将A中所有需要向B延伸的边延伸δA；
步骤3.7：找出B中所有需要向A延伸的边及其数目NB；
步骤3.8：若NB＞0，则执行步骤3.7；否则执行步骤3.9；
步骤3.9：计算B中的边需要向A延伸的长度δB；
步骤3.10：将B中所有需要向A延伸的边延伸δB；
步骤3.11：利用B分割A；
步骤3.12：删除A中面积较小的面；
步骤3.13：利用A分割B；
步骤3.14：删除B中面积较小的面；
步骤4：根据梁的几何信息在其所在的面上创建与其中心线平行的模拟线；
步骤5：将梁的模拟线结合至其所在的面；
步骤6：对所有的面进行缝合；
步骤7：对结构的几何模型划分二维有限元网格；
步骤8：根据梁的几何信息依次选择其模拟线上的节点创建一维单元。
2.根据权利要求1所述的一种梁板复合式卫星结构共节点网格快速生成方法，其特

\t征在于：在步骤3.3中所述的“找出A中所有需要向B延伸的边及其数目NA”的方
法为：现有的有限元软件一般都提供二次开发接口使得用户能开发新的功能，因此利
用相关的函数接口通过二次开发并按照以下方法实现：1)获取A所有的边EA1,…,EAn和B的一个顶点VB；2)对每条边EAj(j＝1,…,n)，假设其自然坐标表示为
Pj(s)(0≤s≤1)，均匀地获取Nj+1个点Pjk＝Pj(k/Nj)(k＝0,1,…,Nj)，其
中Nj≥1000；3)取dmax＝-999999,d＝0，然后按照初等解析几何中的
公式djk＝nBx(xjk-xB)+nBy(yjk-yB)+nBz(zjk-zB)依次计算每个点Pjk到B的有向
距离，若|djk|＞dmax，则dmax＝|djk|,d＝djk；其中(xjk,yjk,zjk)为Pjk在直角坐标系
中的坐标，(xB,yB,zB)为VB的坐标，(nBx,nBy,nBz)为B的单位法向量；4)取
abd＝999999，对每个点Pjk，若d·djk＞0且|djk|＜abd，则abd＝|djk|；5)若
abd＜0.04，则δmax＝abd+0.01；否则δmax＝0.05；6)NA＝0，对每条边EAj：若对
k＝0,1,…,Nj均有|djk|≤δmax，则EAj标记为1，NA＝NA+1；否则EAj标记为0；在本
步骤中获取A所有的边和B的顶点均通过软件的接口实现，并且在有限元软件中边或
曲线一般会采用自然坐标进行表示，给定其自然坐标后通过接口得到其在直角坐标系
下的坐标表示；本步骤中所需要的二次开发接口函数通过查询有限元软件的相关帮助
文档得到。
3.根据权利要求1所述的一种梁板复合式卫星结构共节点网格快速生成方法，其特
征在于：在步骤3.5中所述的“计算A中的边需要向B延伸的长度δA”的方法为：
δA＝δmax/sinθAB，其中δmax的值已经在步骤3.3中得到，θAB的值已经在步骤3.1中
得到。
4.根据权利要求1所述的一种梁板复合式卫星结构共节点网格快速生成方法，其特
征在于：在步骤3.6中所述的“将A中所有需要向B延伸的边延伸δA”的方法为：
现有的有限元软件一般都提供二次开发接口使得用户能开发新的功能，因此利用相关
的函数接口通过二次开发将A中所有需要向B延伸的边延伸δA；对一个面中的各条

\t边进行延伸所需要的二次开发接口函数通过查询有限元软件的相关帮助文档得到。
5.根据权利要求1所述的一种梁板复合式卫星结构共节点网格快速生成方法，其特
征在于：在步骤3.7中...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵军鹏，付志方，刘腾达，王春洁，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11