一种仿珍珠母层状复合板的参数化建模方法技术

一种仿珍珠母层状复合板的参数化建模方法，包括设定仿珍珠母层状复合板的几何结构参数；根据所设的几何结构参数建立仿珍珠母层状复合板的三维几何模型；以及设定网格划分参数，根据所设的网格划分参数对仿珍珠母层状复合板进行有限元网格划分，得到其有限元网格模型。本发明专利技术通过Python语言编写脚本文件，调用ABAQUS的内部函数完成建模操作，通过在ABAQUS软件中运行脚本文件，实现仿珍珠母层状复合板的自动化、参数化建模。本发明专利技术只需根据实际需求修改脚本文件中仿珍珠母层状复合板的几何结构参数和网格划分参数，再运行该脚本文件，即可自动生成不同几何参数和单元密度的仿珍珠母层状复合板的几何模型和有限元网格模型，其建模过程自动化程度高、效率高，可以大大减少仿珍珠母层状复合板力学性能模拟分析和优化设计过程中的建模工作。

【技术实现步骤摘要】
一种仿珍珠母层状复合板的参数化建模方法
本专利技术属于仿生复合材料的力学性能模拟分析
，涉及一种复合材料的建模方法，特别涉及一种仿珍珠母层状复合板的参数化几何和有限元建模方法。
技术介绍
贝壳中的珍珠母是一种兼具很好的强度和韧性的生物材料，它在组成上虽由95％的脆性文石和仅占5％的软有机质组成，但得益于内部“砖-泥”式的分层多级结构，其断裂韧性比纯文石高数千倍。模仿珍珠母的多级结构，以陶瓷等高强度、高硬度材料替代文石作为增强体，以聚合物等较软材料替代生物有机质作为基体，开发具有良好力学性能的仿珍珠母复合材料成为近年来国内外的研究热点。对于复合材料力学性能的研究，有限元模拟是一种很经济和有效的方法。有限元模拟需要建立复合材料的几何模型，并对其进行网格划分从而得到有限元网格模型。这个建模过程是整个模拟过程中非常耗时的部分。对于仿珍珠母复合材料尤其如此，其内部为复杂的“砖-泥”式分层多级结构，其建模过程极为繁琐、耗时；另外，在仿珍珠母复合材料的力学性能优化设计中，需要建立众多内部结构型式相同但结构参数不同的复合材料的模型来进行力学性能预测，其建模工作量更加庞大，需要更为有效的建模方法。目前，非参数化建模方法是仿珍珠母复合材料结构建模的主要方法，它需要人工逐一建立模型中的各个特征，这种方法需要的人工工作量大，并且建模过程耗时、成本高。特别是在优化设计过程中涉及诸多具有相似结构的模型建立，这种方法带来大量重复性工作，导致效率低、设计周期长。
技术实现思路
根据
技术介绍
提出的问题，为了提高仿珍珠母复合材料的建模效率，减少建模过程中的人工工作量，满足高效地建立优化设计过程中大量相似模型的需求，本专利技术提出一种仿珍珠母层状复合板的参数化建模方法。本专利技术通过Python语言编写脚本文件，调用ABAQUS的内部函数进行建模操作，实现仿珍珠母层状复合板的自动化、参数化建模。本专利技术提出的方法只需根据实际需求修改脚本文件中仿珍珠母层状复合板的几何结构参数和网格划分参数，再由ABAQUS运行该脚本文件即可自动生成相应的几何模型和有限元网格模型，以下对本
技术实现思路
做进一步阐释。一种仿珍珠母层状复合板的参数化建模方法，应用于对仿珍珠母层状复合板几何模型和有限元网格模型的建立，所述仿珍珠母层状复合板包括多层增强体和由层内基体与层间基体构成的整体基体，每层增强体包含多个规则的增强体薄片；包括如下步骤：步骤1：设定仿珍珠母层状复合板的几何结构参数，包括沿复合板的长度方向(x方向)、宽度方向(y方向)和厚度方向(z方向)的增强体薄片数nx、ny和nz，增强体薄片的边长a、厚度h，以及层内基体和层间基体的厚度g；步骤2：根据所设的几何结构参数对仿珍珠母层状复合板进行三维几何建模，构造仿珍珠母层状复合板的三维几何模型；以及，步骤3：设定仿珍珠母层状复合板的网格划分参数，对仿珍珠母层状复合板进行有限元网格划分，得到仿珍珠母层状复合板的有限元网格模型。进一步的，所述规则的增强体薄片取为正六边形。进一步的，所述建模是通过编程语言Python调用ABAQUS的内部函数完成。进一步的，所述步骤2包括以下步骤：步骤21，创建单层增强体部件的几何模型，所述单层增强体内包括多个增强体薄片，并且增强体薄片规则阵列；步骤22，创建单层层内基体部件的几何模型，包括先创建单层层内基体的截面廓线，再通过拉伸截面廓线得到单层层内基体部件；步骤23，创建单层层间基体部件的几何模型，包括先创建单层层间基体的截面廓线，再通过拉伸截面廓线得到单层层间基体部件；以及，步骤24，创建并装配多层增强体部件、层内基体部件和层间基体部件的实例，包括先通过循环创建nz层增强体部件和层内基体部件的实例以及nz-1层层间基体部件的实例，再通过对创建的实例进行平移和偏置，实现多层实例的装配，并将装配好但仍相互独立的层内基体和层间基体部件实例合并为整体的基体部件实例，最终得到仿珍珠母层状复合板的三维几何模型。进一步的，所述的步骤3，设置增强体部件实例和基体部件实例的网格尺寸参数分别为Δ1和Δ2，设定单元类型和网格划分技术，对仿珍珠母层状复合板进行自动网格划分，最终得到其有限元网格模型。有益效果：与现有技术相比，本专利技术只需根据实际需求修改脚本文件中的仿珍珠母层状复合板的几何结构参数和网格划分参数，再运行该脚本文件即可自动生成不同几何参数和单元密度的仿珍珠母层状复合板几何模型和有限元网格模型，特别是对于优化设计过程中结构型式相同而几何结构参数和网格划分参数不同的模型建立，能大量减少重复建模工作，大幅提高工作效率。附图说明图1为单个增强体薄片的截面廓线，其中，编号(1)～(6)表示单个增强体薄片截面顶点的编号，编号①～⑥表示单个增强体薄片截面边界的编号；图2为单层(nx×ny)增强体的截面廓线；图3为单层增强体的三维几何模型；图4为单层层内基体的截面廓线；图5为单层层内基体的三维几何模型；图6为单层层间基体的截面廓线；图7为单层层间基体的三维几何模型；图8为仿珍珠母层状复合板的三维几何模型；图9为仿珍珠母层状复合板的有限元网格模型；图10为本专利技术实施例创建的仿珍珠母层状复合板(a)的几何模型(几何结构参数：nx＝8、ny＝8、nz＝4、a＝5×10-3、h＝5×10-4和g＝1×10-4)图11为本专利技术实施例创建的仿珍珠母层状复合板(a)的有限元网格模型(网格划分参数：Δ1＝2.5×10-4、Δ2＝2×10-4)；图12为本专利技术实施例创建的仿珍珠母层状复合板(b)的几何模型(几何结构参数：nx＝9、ny＝9、nz＝6、a＝5×10-3、h＝1×10-3和g＝2×10-4)图13为本专利技术实施例创建的仿珍珠母层状复合板(b)的有限元网格模型(网格划分参数：Δ1＝4×10-4、Δ2＝4×10-4)。具体实施方式为了更清晰地展示本专利技术的目的、技术方案和优点，下面结合附图详述本专利技术的具体实施例。一种仿珍珠母层状复合板的参数化建模方法，用于对仿珍珠母层状复合板几何模型和有限元网格模型的建立。在本实施例中，所述仿珍珠母层状复合板以薄板型“砖-泥”式结构的珍珠母为模板，包括多层增强体，沿板厚度方向(z方向)的增强体的层数记为nz。单层增强体内包括多个规则阵列的增强体薄片，沿板的长度方向(x方向)和宽度方向(y方向)的增强体薄片数分别记为nx和ny。单个增强体薄片的截面形状理想化为与实际珍珠母中文石片形状相似的正六边形，其边长记为a，厚度记为h。仿珍珠母层状复合板所包含的相邻增强体层之间存在基体材料，即层间基体；任意一层增强体内所包含的相邻增强体薄片之间也存在基体材料，即层内基体。所述层间基体和层内基体材料的厚度记为g。本专利技术的仿珍珠母层状复合板的参数化建模方法包括以下步骤：步骤1：设定仿珍珠母层状复合板的几何结构参数，包括nx、ny、nz、a、h和g；步骤2：根据所设的几何结构参数对仿珍珠母层状复合板建模，构造仿珍珠母层状复合板的三维几何模型；以及，步骤3：设定仿珍珠母层状复合板的网格划分参数，对仿珍珠母层状复合板进行有限元网格划分，得到仿珍珠母层状复合板的有限元网格模型。上述步骤通过编辑脚本文件并在ABAQUS软件中运行脚本文件来实现。脚本文件通过Python语言进行编写，调用ABAQUS的内部函数进行建模操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿珍珠母层状复合板的参数化建模方法，应用于对仿珍珠母层状复合板几何模型和有限元网格模型的建立，所述仿珍珠母层状复合板包括多层增强体和由层内基体、层间基体构成的整体基体，每层增强体包含多个规则的增强体薄片；其特征在于包括以下步骤：步骤1，设定仿珍珠母层状复合板的几何结构参数，包括沿复合板的长度方向(x方向)、宽度方向(y方向)和厚度方向(z方向)的增强体薄片数nx、ny和nz，增强体薄片的边长a、厚度h，以及层内基体、层间基体的厚度g；步骤2，根据所设的几何结构参数对仿珍珠母层状复合板进行三维几何建模，得到仿珍珠母层状复合板的三维几何模型；以及，步骤3，设定仿珍珠母层状复合板的网格划分参数，对仿珍珠母层状复合板进行有限元网格划分，得到仿珍珠母层状复合板的有限元网格模型。

【技术特征摘要】
1.一种仿珍珠母层状复合板的参数化建模方法，应用于对仿珍珠母层状复合板几何模型和有限元网格模型的建立，所述仿珍珠母层状复合板包括多层增强体和由层内基体、层间基体构成的整体基体，每层增强体包含多个规则的增强体薄片；其特征在于包括以下步骤：步骤1，设定仿珍珠母层状复合板的几何结构参数，包括沿复合板的长度方向(x方向)、宽度方向(y方向)和厚度方向(z方向)的增强体薄片数nx、ny和nz，增强体薄片的边长a、厚度h，以及层内基体、层间基体的厚度g；步骤2，根据所设的几何结构参数对仿珍珠母层状复合板进行三维几何建模，得到仿珍珠母层状复合板的三维几何模型；以及，步骤3，设定仿珍珠母层状复合板的网格划分参数，对仿珍珠母层状复合板进行有限元网格划分，得到仿珍珠母层状复合板的有限元网格模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述规则的增强体薄片为正六边形。3.根据权利要求1或2任一权利要求所述的方法，其特征在于：所述建模是通过编程语言Python调用ABAQUS的内部函数进行建模。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤2包括以下步骤：步骤21，创建单层增强体部件，所述单层增强体包括多个增强体薄片，且增强体薄片规则阵列；步骤22，创建单层层内基体部件，包括先创建单层层内基体截面廓线与单层增强体的截面廓线相重合的部分，再创建单层层内基体截面廓线的其余部分，得到单层层内基体的总体截面廓线，最后通过拉伸截面廓线得到单层层内基体部件；步骤23，创建单层层间基体部件，单层层间基体的截面与单层增强体、单层层内基体两者组合区域的截面相同，包括先创建单层增强体的截面廓线位于组合区域边界上的部分，再创建单层层内基体的截面廓线位于组合区域边界上的部分，最后通过拉伸截面廓线得到单层层间基体部件；以及，步骤24，创建并装配多层增强体部件、层内基体部件和层间基体部件的实例，包括通过循环创建nz层增强体部件和层内基体部件的实例以及nz-1层层间基体部件的实例，再通过对创建的部件实例进行平移和偏置实现多层实例的装配，并将装配好但仍相互独立的层内基体和层间基体实例合并为整体的基体部件实例，最终得到仿珍珠母层状复合板的三维几何模型。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖毅华，吴和成，刘燕德，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：江西,36