一种三维有限元模型的建模方法技术

一种三维有限元模型的建模方法，针对类似电磁轨道炮、三相母线槽、电力电缆线路隧道这样的研究对象，具有平面对称结构特征物体为主体对象的三维实体，在建立有限元模型时，首先建立二维平面模型，再采用三角形网格进行有限单元划分，将二维有限元模型沿平面对称轴向方向进行分段拉伸，以三维实体中各主体对象所在不同位置决定分段拉伸起始点，并在拉伸过程中在轴向也进行网格划分，则当三维几何模型形成后，相应的三维有限元模型也同时生成，这样拉伸生成的有限元模型采用的是三棱柱网格，其网格质量优于常规方法采用的四面体网格，既节省了建模时间，又保证了网格质量，为电磁场数值计算三维有限元模型的建模方法提供一种全新的思路。

【技术实现步骤摘要】
一种三维有限元模型的建模方法
本专利技术一种三维有限元模型的建模方法，涉及电磁场数值计算和电工理论

技术介绍
针对类似电磁轨道炮、三相母线槽、电力电缆线路隧道这样的研究对象，其三维实体特征是：均含有类似导轨、母线、电缆这种平面对称结构的实体；而电枢、线路支架又不是平面对称结构。在进行三维电磁场有限元数值计算时，首先要建立实体的三维几何模型和有限元模型，才能进行有限元方程数值求解。常规的建模方法是，根据对象的实体结构，直接建立三维几何模型，以电磁轨道炮为例，即分别建立导轨、电枢、空气包三维模型，再对整个三维模型进行有限元网格划分，不规则的三维体采用四面体网格自由剖分，这样的不规则结构造成网格质量无法保证。
技术实现思路
针对上述方法的不足，本专利技术提供一种三维有限元模型的建模方法，针对类似电磁轨道炮、三相母线槽、电力电缆线路隧道这样的研究对象，具有平面对称结构特征物体为主体对象的三维实体，在建立有限元模型时，首先建立二维平面模型，再采用三角形网格进行有限单元划分，将二维有限元模型沿平面对称轴向方向进行拉伸，并在拉伸过程中在轴向也进行网格划分，则当三维几何模型形成后，相应的三维有限元模型也同时生成，这样拉伸生成的有限元模型采用的是三棱柱网格，其网格质量优于常规方法采用的四面体网格。既节省了建模时间，又保证了网格质量，为电磁场数值计算三维有限元模型的建模方法提供一种全新的思路。本专利技术采取的技术方案为：一种三维有限元模型的建模方法，针对以具有平面对称结构特征物体为主体对象的三维实体，首先建立二维平面模型，进行有限元网格划分，再将二维有限元模型沿平面对称轴向方向，进行分段拉伸，分别以三维实体中其它非主体对象所在位置，决定分段拉伸起始点，且边拉伸边进行轴向网格划分；当拉伸指定的长度完成后，三维几何模型形成，相应的三维有限元模型也同时生成，无需再对三维实体模型重新进行网格划分。一种三维有限元模型的建模方法，包括以下步骤：步骤1：针对需要进行建模的三维实体对象，以三维实体中具有平面对称结构特征的主体对象为参考目标，建立含各部分元件的二维平面模型；步骤2：对二维平面模型，采用三角形网格进行有限单元划分，生成二维有限元模型；步骤3：沿平面对称轴向方向，对二维有限元模型进行分段拉伸，以三维实体中各主体对象所在不同位置决定分段拉伸起始点，边拉伸边进行轴向网格划分；步骤4：按照三维实体的总长度，拉伸完成后，三维实体模型和对应的三维有限元模型已同时形成，有限元模型则由三棱柱网格构成，根据实体中不同对象的实际材料属性，对不同计算域的有限单元进行材料参数设置。采用本专利技术一种三维有限元模型的建模方法，拉伸生成的有限元模型采用的是三棱柱网格，其网格质量优于常规方法采用的四面体网格，既节省了建模时间，又保证了网格质量。采用本专利技术一种三维有限元模型的建模方法，无需再对三维实体模型重新进行网格划分，既节省了建模时间，又保证了较好的网格质量。采用本专利技术一种三维有限元模型的建模方法，应用于以具有平面对称结构特征物体为主体对象的三维实体模型，比如电磁轨道炮、三相母线槽、或者电力电缆线路隧道的三维有限元模型建模。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：图1为双层导轨电磁轨道炮示意图。图2为轨道炮二维模型图。图3为二维模型采用三角形网格进行划分后的有限元模型图。图4为沿z轴方向分段第一次拉伸后所生成的三维模型，其中图4（a）为拉伸后生成的三维有限元模型图，图4（b）为拉伸后生成的三维几何模型。图5为沿z轴方向分段第二次拉伸后所生成的三维模型，其中图5（a）为拉伸后生成的三维有限元模型图，图5（b）为拉伸后生成的三维几何模型。图6为沿z轴方向分段第三次拉伸后所生成的三维模型，其中图6（a）为拉伸后生成的三维有限元模型图，图6（b）为拉伸后生成的三维几何模型。图7为沿z轴方向分段第四次拉伸后所生成的三维模型，其中图7（a）为拉伸后生成的三维有限元模型图，图7（b）为拉伸后生成的三维几何模型。图8为沿z轴方向分段第五次拉伸后所生成的三维模型，其中图8（a）为拉伸后生成的三维有限元模型图，图8（b）为拉伸后生成的三维几何模型。图9为沿z轴方向分段第六次拉伸后所生成的三维模型，其中图9（a）为拉伸后生成的三维有限元模型图，图9（b）为拉伸后生成的三维几何模型。图10为沿z轴方向分段第七次拉伸后所生成的三维模型，其中图10（a）为拉伸后生成的三维有限元模型图，图10（b）为拉伸后生成的三维几何模型。图11为工程中电缆隧道示意图。图12为电缆隧道二维模型图。图13为二维模型采用三角形网格进行划分后的有限元模型图。图14为沿z轴方向分段第一次拉伸后所生成的三维模型，其中图14（a）为拉伸后生成的三维有限元模型图，图14（b）为拉伸后生成的三维几何模型。图15为沿z轴方向分段第二次拉伸后所生成的三维模型，其中图15（a）为拉伸后生成的三维有限元模型图，图15（b）为拉伸后生成的三维几何模型。图16为沿z轴方向分段第三次拉伸后所生成的三维模型，其中图16（a）为拉伸后生成的三维有限元模型图，图16（b）为拉伸后生成的三维几何模型。图17为沿z轴方向分段第四次拉伸后所生成的三维模型，其中图17（a）为拉伸后生成的三维有限元模型图，图17（b）为拉伸后生成的三维几何模型。图18为沿z轴方向分段第五次拉伸后所生成的三维模型，其中图18（a）为拉伸后生成的三维有限元模型图，图18（b）为拉伸后生成的三维几何模型。具体实施方式一种三维有限元模型的建模方法，针对以具有平面对称结构特征物体为主体对象的三维实体，首先建立二维平面模型，进行有限元网格划分，再将二维有限元模型沿平面对称轴向方向，进行分段拉伸，分别以三维实体中其它非主体对象所在位置，决定分段拉伸起始点，且边拉伸边进行轴向网格划分；当拉伸指定的长度完成后，三维几何模型形成，相应的三维有限元模型也同时生成，无需再对三维实体模型重新进行网格划分。上述方法具体包括以下步骤：步骤1：针对需要进行建模的三维实体对象，以三维实体中具有平面对称结构特征的主体对象为参考目标，建立含各部分元件的二维平面模型。步骤2：对二维平面模型，采用三角形网格进行有限单元划分，生成二维有限元模型；步骤3：沿平面对称轴向方向，对二维有限元模型进行分段拉伸，以三维实体中各主体对象所在不同位置决定分段拉伸起始点，边拉伸边进行轴向网格划分。步骤4：按照三维实体的总长度，拉伸完成后，三维实体模型和对应的三维有限元模型已同时形成，有限元模型则由三棱柱网格构成，根据实体中不同对象的实际材料属性，对不同计算域的有限单元进行材料参数设置。实施例1:以电磁轨道炮为例，双层电磁轨道炮示意图如图1所示，双层电磁轨道炮三维实体含两个上层导轨1、两个下层导轨2、上层电枢3、下层电枢4，其中导轨为铜材料、电枢为铝材料。该对象实体中，上层导轨1、下层导轨2具有平面对称结构，其长边方向即z轴方向为平面对称轴向方向，而上层电枢3、下层电枢4由于运动快慢不同，所处位置不同，此算例中假设上层电枢空间垂直位置在前，下层电枢在后，且两者位置在垂直方向上有部分重叠。此外，在进行电磁场有限元数值计算时，除了建立轨道炮本体模型之外，还需要建立包围轨道炮模型的空气体区域。因此完整模型包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维有限元模型的建模方法，其特征在于：针对以具有平面对称结构特征物体为主体对象的三维实体，首先建立二维平面模型，进行有限元网格划分，再将二维有限元模型沿平面对称轴向方向，进行分段拉伸，分别以三维实体中其它非主体对象所在位置，决定分段拉伸起始点，且边拉伸边进行轴向网格划分；当拉伸指定的长度完成后，三维几何模型形成，相应的三维有限元模型也同时生成，无需再对三维实体模型重新进行网格划分。

【技术特征摘要】
1.一种三维有限元模型的建模方法，其特征在于：针对以具有平面对称结构特征物体为主体对象的三维实体，首先建立二维平面模型，进行有限元网格划分，再将二维有限元模型沿平面对称轴向方向，进行分段拉伸，分别以三维实体中其它非主体对象所在位置，决定分段拉伸起始点，且边拉伸边进行轴向网格划分；当拉伸指定的长度完成后，三维几何模型形成，相应的三维有限元模型也同时生成，无需再对三维实体模型重新进行网格划分。2.一种三维有限元模型的建模方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：针对需要进行建模的三维实体对象，以三维实体中具有平面对称结构特征的主体对象为参考目标，建立含各部...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄雄峰，范虹兴，张宇娇，苏攀，智李，姜岚，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42