单箱多室箱梁精细化实体单元模型构建的有限元前处理方法技术

本发明专利技术提供了一种单箱多室箱梁精细化实体单元模型构建的有限元前处理方法，包括：读取箱梁基本几何数据，设定单元划分大小，计算并输出所有节点编号坐标和单元节点编号，结合有限元软件进行后续处理。相较于现有技术依赖于有限元软件的网格划分功能，本发明专利技术提供的方法，通过编写程序自主计算箱梁实体单元模型信息，适用于大部分有限元实体单元分析软件，便于对大批量箱梁进行计算研究，提高计算效率和准确性，具有广泛的适用性和可扩展性。

Finite element pre-processing method for refined solid element model construction of single box and multi-chamber box girder

The present invention provides a finite element pre-processing method for fine solid element model construction of single box and multi-chamber box girder, which includes reading basic geometric data of box girder, setting unit partition size, calculating and outputting all node number coordinates and unit node number, and subsequent processing with finite element software. Compared with the existing technology, which relies on the meshing function of finite element software, the method provided by the present invention can calculate the information of solid element model of box girder independently by compiling a program, which is suitable for most finite element solid element analysis software, is convenient for the calculation and research of a large number of box girders, improves the calculation efficiency and accuracy, and has wide applicability and expansibility.

【技术实现步骤摘要】
单箱多室箱梁精细化实体单元模型构建的有限元前处理方法
本专利技术属于桥梁结构分析和有限元建模
，涉及一种单箱多室箱梁精细化实体单元模型构建的有限元前处理方法。
技术介绍
单箱多室箱梁具有其良好的结构性能，其截面抗扭刚度大、能有效地抵抗正负弯矩、施工方便、截面使用效率高等，在桥梁工程中得到了广泛应用。随着新建箱梁桥宽度越来越大，荷载等级越来越高，结构的受力性能及特点越来越复杂，依据传统的平面杆系规范计算结果相对实际状况误差越来越大，箱梁的精细化设计显得尤为重要。近年来，得益于有限元技术不断发展以及计算机性能快速提高，箱梁精细化分析研究得以成为可能。作为目前最精确的计算方法之一，空间有限元实体单元法的计算结果更加接近箱梁实际受力状态，有利于正确指导箱梁设计，为箱梁的设计、分析提供更加合理的技术保障。但将实体单元法运用在箱梁全桥结构计算时还存在一些问题。单箱多室箱梁结构较为复杂，存在倒角变化、顶底板加厚和腹板加宽等变化因素，技术人员在对这种变截面建模时，通常采用有限元软件自带的网格划分功能，通过剖切面切割强制划分单元的方式实现，这种方法往往费时费力，容易产生奇异单元，影响计算精度和效率。因此，如何便捷准确地构建单箱多室箱梁实体单元模型，在桥梁设计和科学研究中具有迫切需求。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种可适用于大部分有限元实体单元分析软件，提高计算的准确性和效率，便于对大批量箱梁进行计算研究，具有广泛的适用性和可扩展性的单箱多室箱梁精细化实体单元模型构建的有限元前处理方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种单箱多室箱梁精细化实体单元模型构建的有限元前处理方法，其特征在于：所述单箱多室箱梁精细化实体单元模型构建的有限元前处理方法包括以下步骤：1)读取单箱多室箱梁基本几何数据，根据计算需求设定单元划分大小；所述单箱多室箱梁基本几何数据包括箱梁顺桥向的横梁长度、加厚段长度、渐变段长度、常规段长度、和箱梁截面箱室数、宽度、高度、顶底板厚度、腹板宽度、倒角以及悬臂长度；2)根据步骤1)设定的单元大小，计算单箱多室箱梁有限元实体单元模型所有节点编号和坐标；3)计算单箱多室箱梁有限元实体单元模型所有单元的节点编号；4)根据有限元软件具体要求，输出特定格式的节点编号坐标和单元节点编号，并结合有限元软件进行后续处理。作为优选，本专利技术所采用的步骤2)中计算单箱多室箱梁有限元实体单元模型所有节点编号和坐标的具体实现方式是：2.1)根据设定单元大小，计算单箱多室箱梁横梁、加厚段、渐变段以及常规段的顺桥向合理截面数；计算箱梁截面各区域横桥向和垂直桥面方向的合理单元数，箱梁截面各区域包括悬臂区，顶板腹板区、顶板空腔区、腹板区、底板腹板区以及底板空腔区；2.2)根据顺桥向截面数，遍历箱梁所有截面，计算每个截面的节点编号和坐标。作为优选，本专利技术所采用的步骤2.2)的具体实现方式是：2.2.1)通过箱梁基本几何数据线性插值，确定当前截面腹板宽度、顶底板厚度和倒角大小，根据步骤2.1)中确定的合理单元数，重新确定各区域单元大小；2.2.2)根据节点编号确定节点在截面的位置，结合所处区域单元大小和截面顺桥向位置，计算节点三维坐标。作为优选，本专利技术所采用的步骤3)中计算箱梁所有单元的节点编号的具体实现方式是将箱梁截面内距离最近的四个节点，和箱梁顺桥向相邻截面对应的四个节点，共八个节点组成一个六面体实体单元，据此遍历计算所有单元的节点编号。作为优选，本专利技术所采用的步骤4)中有限元软件是指ABAQUS、ANSYS或MidasFEA；所述结合有限元软件中进行后续处理有两种方式：第一种是将单元节点信息导入有限元软件中，生成实体单元模型，在有限元软件中添加约束荷载进行计算求解，并采集处理分析结果；第二种是生成单元节点信息后，进一步通过编程添加约束、求解、采集处理分析结果，之后整体导入有限元软件，计算后自动将所需结果输出至指定文件。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种单箱多室箱梁精细化实体单元模型构建的有限元前处理方法，包括读取单箱多室箱梁基本几何数据，设定单元划分大小；计算单箱多室箱梁实体单元模型顺桥向合理截面数目，遍历所有截面各区域，计算节点编号和坐标；计算所有单元的节点编号；根据有限元软件具体要求，输出特定格式的节点编号坐标和单元节点编号，并结合有限元软件进行后续处理。通过本专利技术提供的方法，计算单箱多室箱梁实体单元模型的节点编号坐标和单元节点编号，能有效控制网格质量、网格密度和网格单元尺寸，不会出现奇异单元，提高有限元计算分析结果的精度。本专利技术实现过程中，箱梁单元和节点信息是外部编程计算获得，而无需利用有限元软件的网格划分功能，可适用于大部分有限元实体单元分析软件，适用范围广；也方便预留数据接口，为后处理采集分析结果提供数据支撑。本专利技术的方法具有通用性，可方便对箱梁进行批量计算，解决了箱梁批量计算时精度低和过程繁琐的问题，为其优化设计和科研计算提供有力工具。附图说明图1是本专利技术以单箱双室为例在计算节点编号坐标时的箱梁截面区域划分图；图2是节点坐标计算实例P点在箱梁截面的位置；图3是箱梁实体单元模型三维图；图4是箱梁跨中截面附近实体单元模型三维图；图5是箱梁梁端截面附近实体单元模型三维图；图6是箱梁支点附近的部分变截面实体单元模型；其中：1-悬臂区；2-顶板腹板区；3-顶板空腔区；4-腹板区；5-底板腹板区；6-底板空腔区。具体实施方式本专利技术提供了一种单箱多室箱梁精细化实体单元模型构建的有限元前处理方法，该单箱多室箱梁精细化实体单元模型构建的有限元前处理方法包括以下步骤：一种单箱多室箱梁精细化实体单元模型构建的有限元前处理方法，该单箱多室箱梁精细化实体单元模型构建的有限元前处理方法包括以下步骤：1)读取单箱多室箱梁基本几何数据，根据计算需求设定单元划分大小；单箱多室箱梁基本几何数据包括箱梁顺桥向的横梁长度、加厚段长度、渐变段长度、常规段长度、和箱梁截面箱室数、宽度、高度、顶底板厚度、腹板宽度、倒角以及悬臂长度；2)根据步骤1)设定的单元大小，计算单箱多室箱梁有限元实体单元模型所有节点编号和坐标，其中计算单箱多室箱梁有限元实体单元模型所有节点编号和坐标的具体实现方式是：2.1)根据设定单元大小，计算单箱多室箱梁横梁、加厚段、渐变段以及常规段的顺桥向合理截面数；计算箱梁截面各区域横桥向和垂直桥面方向的合理单元数，箱梁截面各区域包括悬臂区，顶板腹板区、顶板空腔区、腹板区、底板腹板区以及底板空腔区；2.2)根据顺桥向截面数，遍历箱梁所有截面，计算每个截面的节点编号和坐标：2.2.1)通过箱梁基本几何数据线性插值，确定当前截面腹板宽度、顶底板厚度和倒角大小，根据步骤2.1)中确定的合理单元数，重新确定各区域单元大小；2.2.2)根据节点编号确定节点在截面的位置，结合所处区域单元大小和截面顺桥向位置，计算节点三维坐标。3)计算单箱多室箱梁有限元实体单元模型所有单元的节点编号：其中计算箱梁所有单元的节点编号的具体实现方式是将箱梁截面内距离最近的四个节点，和箱梁顺桥向相邻截面对应的四个节点，共八个节点组成一个六面体实体单元，据此遍历计算所有单元的节点编号。4)根据有限元软件具体要求，输出特定格式的节点编号坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单箱多室箱梁精细化实体单元模型构建的有限元前处理方法，其特征在于：所述单箱多室箱梁精细化实体单元模型构建的有限元前处理方法包括以下步骤：1）读取单箱多室箱梁基本几何数据，根据计算需求设定单元划分大小；所述单箱多室箱梁基本几何数据包括箱梁顺桥向的横梁长度、加厚段长度、渐变段长度、常规段长度、和箱梁截面箱室数、宽度、高度、顶底板厚度、腹板宽度、倒角以及悬臂长度；2）根据步骤1）设定的单元大小，计算单箱多室箱梁有限元实体单元模型所有节点编号和坐标；3）计算单箱多室箱梁有限元实体单元模型所有单元的节点编号；4）根据有限元软件具体要求，输出特定格式的节点编号坐标和单元节点编号，并结合有限元软件进行后续处理。

【技术特征摘要】
1.一种单箱多室箱梁精细化实体单元模型构建的有限元前处理方法，其特征在于：所述单箱多室箱梁精细化实体单元模型构建的有限元前处理方法包括以下步骤：1）读取单箱多室箱梁基本几何数据，根据计算需求设定单元划分大小；所述单箱多室箱梁基本几何数据包括箱梁顺桥向的横梁长度、加厚段长度、渐变段长度、常规段长度、和箱梁截面箱室数、宽度、高度、顶底板厚度、腹板宽度、倒角以及悬臂长度；2）根据步骤1）设定的单元大小，计算单箱多室箱梁有限元实体单元模型所有节点编号和坐标；3）计算单箱多室箱梁有限元实体单元模型所有单元的节点编号；4）根据有限元软件具体要求，输出特定格式的节点编号坐标和单元节点编号，并结合有限元软件进行后续处理。2.根据权利要求1所述的单箱多室箱梁精细化实体单元模型构建的有限元前处理方法，其特征在于：所述步骤2）中计算单箱多室箱梁有限元实体单元模型所有节点编号和坐标的具体实现方式是：2.1）根据设定单元大小，计算单箱多室箱梁横梁、加厚段、渐变段以及常规段的顺桥向合理截面数；计算箱梁截面各区域横桥向和垂直桥面方向的合理单元数，箱梁截面各区域包括悬臂区，顶板腹板区、顶板空腔区、腹板区、底板腹板区以及底板空腔区；2.2）根据顺桥向截面数，遍历箱梁所有截面，计算每个截面的节点编号和坐标。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：常诚，李研，胡营，孙恒，邢婷婷，刘俊华，韩波，张孝俊，王璐玮，何鑫，杨睿之，
申请(专利权)人：山西省交通科学研究院，
类型：发明
国别省市：山西,14