一种评测乔木枝干抗风载折断性的计算方法技术

本发明专利技术提供了一种评测乔木枝干抗风载折断性的计算方法，先借助Creo、Hypermesh建立乔木有限元模型，用ABAQUS建立风域模型，后将两模型导入ABAQUS装配在同一模型，搭建风

【技术实现步骤摘要】
一种评测乔木枝干抗风载折断性的计算方法


[0001]本专利技术涉及一种评测乔木枝干抗风载折断性的计算方法，属于植被群落调控


技术介绍

[0002]乔木枝干在风载作用下常发生折断破坏，给我国植被生态系统造成严重损失。由于场地及现有设备的局限性，难以在野外直接测定乔木枝干的抗风载折断性。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种评测乔木枝干抗风载折断性的计算方法，通过比较模型加载后应力云图中最大拉应力、最大压应力、最大弯曲应力与最大剪切应力等力学参数与风载作用下乔木枝干折断破坏标准之间的大小关系，判定乔木枝干抗风载折断性，为野外乔木的人工调控提供决策依据。
[0004]为了实现上述的技术特征，本专利技术的目的是这样实现的：一种评测乔木枝干抗风载折断性的计算方法，它包括以下步骤：
[0005]步骤一，建立乔木枝干初始几何模型；
[0006]步骤二，划分乔木枝干有限元网格；
[0007]步骤三，建立风域模型；
[0008]步骤四，确定乔木枝干、风材料参数；
[0009]步骤五，装配风
‑
乔木枝干有限元模型；
[0010]步骤六，定义风
‑
乔木枝干有限元模型分析步及场输出；
[0011]步骤七，定义风
‑
乔木枝干有限元模型相互作用；
[0012]步骤八，定义风
‑
乔木枝干有限元模型边界条件；
[0013]步骤九，提交工作任务，进行求解计算；
[0014]步骤十，提取风
‑
乔木枝干有限元模型的计算结果；
[0015]步骤十一，定义乔木枝干风载折断破坏标准；
[0016]步骤十二，评测乔木枝干抗风载折断性。
[0017]所述步骤一中建立乔木枝干初始几何模型，其几何模型是在笛卡尔坐标系中建立的，包括乔木树干部分与树枝部分，具体步骤如下：
[0018]步骤1.1：创建乔木树干：在商业软件Creo中，选择top平面及right平面，创建中心轴Z；选择top平面进行草绘，以坐标(0,0,0)为原点，沿Y轴正方向创建高度为H的线段L1，选择确定；选择线段L1，进行扫描混合；点选截面选项中的截面1，进行草绘，以界面坐标中心为圆心，创建顶径为r的圆，选择确定；在截面选项中插入截面2，进行草绘，以截面坐标中心为圆心，创建底径为 R的圆，选择确定；再次选择确定，完成乔木树干的创建；
[0019]步骤1.2：创建乔木树枝z1：选择front平面进行草绘，以界面坐标中心为原点，创建任意方向的线段a1；以a1与中心轴Z为参照，创建平面x1；选择x1平面进行草绘，在线段L1自
底向上h1处创建线段l1，线段l1与中心轴Z夹角为θ (0
°
<θ<180
°
)，选择确定；选择线段l1，进行扫描混合：点选截面选项中的截面 1，进行草绘，以界面坐标中心为圆心，创建顶径为r
11
的圆，选择确定；在截面选项中插入截面2，进行草绘，以截面坐标中心为圆心，创建底径为R
12
的圆，选择确定，再次选择确定；完成乔木单个树枝的创建；
[0020]步骤1.3：创建乔木同层多个分枝：选择树枝z1进行阵列，选择阵列类型为轴，选择中心轴Z为阵列轴，阵列成员数为n，n为自然数，成员间的角度为360
°
/n，选择确定，完成乔木同层多个树枝的创建；
[0021]步骤1.4：创建乔木多层树枝：重复步骤1.2与步骤1.3，完成乔木多层树枝的创建；
[0022]步骤1.5：导出乔木模型：另存为Parasolid(*.x_t)格式文件。
[0023]所述步骤二中划分乔木枝干有限元网格，包括乔木树干部分、树枝部分网格划分，具体步骤如下：
[0024]步骤2.1：进入Hypermesh软件，在User Profiles选择abaqus，explicit，选择ok；在Hypermesh导入乔木模型Parasolid(*.x_t)格式文件；
[0025]步骤2.2：创建component，命名为2d；
[0026]步骤2.3.1：切割树枝部分：选择主界面Geom中的solid edit，选择trimwith ines，选择with bounding lines中的solid，选中几何模型，选择lines，选择几何模型中树枝与树干交接处的边界线，选择trim，完成乔木树枝的切割；
[0027]步骤2.3.2：树枝部分顶端与底端2d面的复制：选择主界面Tool中的mask，选择solid类型，选择除需要划分树枝网格的solid部分，选择mask，选择界面中的orgnaize，选择surf类型，dest component选择2d，选择主界面中树枝顶端与底端的面，选择copy，完成树枝部分顶端与底端2d面的复制；
[0028]步骤2.3.3：树枝部分2d面切割：选择主界面Tool中的mask，选择solid类型，选择需要划分树枝网格的solid部分，选择mask，选择主界面Geom中的quick edit，选择add point on line，选择界面中树枝底端2d面边界线，添加4点，使 2d面的边界线等分为4条曲线，选择split surf
‑
node，选择边界线中的点与对角点，选择split surf
‑
line，选择边界线中另外两点任意一点与点与对角点连线生成的线段；选择最后一点与上一操作中生成的线段，重复步骤2.3.3，切割树枝顶端2d面；
[0029]步骤2.3.4：树枝部分2d面网格划分：选择主界面的2D工具，选择automesh，选择树枝底端2d面，选择mesh；在树枝底面自由边界平均添加4个种子，此时自由边界上种子数都为2；选择mesh style中的elemtype，选择qusds only，选择set all，选择mesh，重复步骤2.3.4，完成树枝顶端2d面的网格划分；
[0030]步骤2.3.5：单个树枝3d网格的生成：选择主界面中的3D工具，选择solidmap，选择linear solid，选择elems to drag，选中界面中树枝底端的2d网格，选择elems to match，选中树枝顶端2d网格，选择along parameters
‑
density为m，并根据需要选择网格密度，选择mesh，生成树枝3d网格；在界面左侧中选中 2d component，选择delete，生成单个树枝3d网格。
[0031]步骤2.3.6：生成乔木同层多个分枝网格：选择主界面中tool中的position，选择elems类型，选中步骤5中生成的树枝3D网格，在from中选择树枝底端上侧N1、树枝顶端上侧N2、树枝顶端下侧N3，在to中选择同层其余未划分网格的树枝三点树枝底端上侧N1、树枝顶
端上侧N2、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种评测乔木枝干抗风载折断性的计算方法，其特征在于，它包括以下步骤：步骤一，建立乔木枝干初始几何模型；步骤二，划分乔木枝干有限元网格；步骤三，建立风域模型；步骤四，确定乔木枝干、风材料参数；步骤五，装配风
‑
乔木枝干有限元模型；步骤六，定义风
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乔木枝干有限元模型分析步及场输出；步骤七，定义风
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乔木枝干有限元模型相互作用；步骤八，定义风
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乔木枝干有限元模型边界条件；步骤九，提交工作任务，进行求解计算；步骤十，提取风
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乔木枝干有限元模型的计算结果；步骤十一，定义乔木枝干风载折断破坏标准；步骤十二，评测乔木枝干抗风载折断性。2.根据权利要求1所述一种评测乔木枝干抗风载折断性的计算方法，其特征在于：所述步骤一中建立乔木枝干初始几何模型，其几何模型是在笛卡尔坐标系中建立的，包括乔木树干部分与树枝部分，具体步骤如下：步骤1.1：创建乔木树干：在商业软件Creo中，选择top平面及right平面，创建中心轴Z；选择top平面进行草绘，以坐标(0,0,0)为原点，沿Y轴正方向创建高度为H的线段L1，选择确定；选择线段L1，进行扫描混合；点选截面选项中的截面1，进行草绘，以界面坐标中心为圆心，创建顶径为r的圆，选择确定；在截面选项中插入截面2，进行草绘，以截面坐标中心为圆心，创建底径为R的圆，选择确定；再次选择确定，完成乔木树干的创建；步骤1.2：创建乔木树枝z1：选择front平面进行草绘，以界面坐标中心为原点，创建任意方向的线段a1；以a1与中心轴Z为参照，创建平面x1；选择x1平面进行草绘，在线段L1自底向上h1处创建线段l1，线段l1与中心轴Z夹角为θ(0
°
<θ<180
°
)，选择确定；选择线段l1，进行扫描混合：点选截面选项中的截面1，进行草绘，以界面坐标中心为圆心，创建顶径为r
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的圆，选择确定；在截面选项中插入截面2，进行草绘，以截面坐标中心为圆心，创建底径为R
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的圆，选择确定，再次选择确定；完成乔木单个树枝的创建；步骤1.3：创建乔木同层多个分枝：选择树枝z1进行阵列，选择阵列类型为轴，选择中心轴Z为阵列轴，阵列成员数为n，n为自然数，成员间的角度为360
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/n，选择确定，完成乔木同层多个树枝的创建；步骤1.4：创建乔木多层树枝：重复步骤1.2与步骤1.3，完成乔木多层树枝的创建；步骤1.5：导出乔木模型：另存为Parasolid(*.x_t)格式文件。3.根据权利要求1所述一种评测乔木枝干抗风载折断性的计算方法，其特征在于：所述步骤二中划分乔木枝干有限元网格，包括乔木树干部分、树枝部分网格划分，具体步骤如下：步骤2.1：进入Hypermesh软件，在User Profiles选择abaqus，explicit，选择ok；在Hypermesh导入乔木模型Parasolid(*.x_t)格式文件；步骤2.2：创建component，命名为2d；步骤2.3.1：切割树枝部分：选择主界面Geom中的solid edit，选择trim with ines，选
择with bounding lines中的solid，选中几何模型，选择lines，选择几何模型中树枝与树干交接处的边界线，选择trim，完成乔木树枝的切割；步骤2.3.2：树枝部分顶端与底端2d面的复制：选择主界面Tool中的mask，选择solid类型，选择除需要划分树枝网格的solid部分，选择mask，选择界面中的orgnaize，选择surf类型，dest component选择2d，选择主界面中树枝顶端与底端的面，选择copy，完成树枝部分顶端与底端2d面的复制；步骤2.3.3：树枝部分2d面切割：选择主界面Tool中的mask，选择solid类型，选择需要划分树枝网格的solid部分，选择mask，选择主界面Geom中的quick edit，选择add point on line，选择界面中树枝底端2d面边界线，添加4点，使2d面的边界线等分为4条曲线，选择split surf
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node，选择边界线中的点与对角点，选择split surf
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line，选择边界线中另外两点任意一点与点与对角点连线生成的线段；选择最后一点与上一操作中生成的线段，重复步骤2.3.3，切割树枝顶端2d面；步骤2.3.4：树枝部分2d面网格划分：选择主界面的2D工具，选择automesh，选择树枝底端2d面，选择mesh；在树枝底面自由边界平均添加4个种子，此时自由边界上种子数都为2；选择mesh style中的elem type，选择qusds only，选择set all，选择mesh，重复步骤2.3.4，完成树枝顶端2d面的网格划分；步骤2.3.5：单个树枝3d网格的生成：选择主界面中的3D工具，选择solid map，选择linear solid，选择elems to drag，选中界面中树枝底端的2d网格，选择elems to match，选中树枝顶端2d网格，选择along parameters
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density为m，并根据需要选择网格密度，选择mesh，生成树枝3d网格；在界面左侧中选中2d component，选择delete，生成单个树枝3d网格。步骤2.3.6：生成乔木同层多个分枝网格：选择主界面中tool中的position，选择elems类型，选中步骤5中生成的树枝3D网格，在from中选择树枝底端上侧N1、树枝顶端上侧N2、树枝顶端下侧N3，在to中选择同层其余未划分网格的树枝三点树枝底端上侧N1、树枝顶端上侧N2、树枝顶端下侧N3，点击elems，再次点击elems，选择duplicate，选择original comp，选择position，重复步骤2.3.6，创建同层其余树枝网格；步骤2.3.7：树枝部分3d网格的生成：重复步骤2.2与步骤2.3.1
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2.3.6；步骤2.4.1：切割树干部分：步骤2.3所有树枝部分切割完成后，即完成对树干部分的切割；步骤2.4.2：树干部分顶端与底端2d面的复制：选择主界面Tool中的mask，选择solid类型，选择除需要划分树干网格的solid部分，选择mask，选择界面中的orgnaize，选择surf类型，dest component选择2d，选择主界面中树干顶端与底端的面，选择copy，完成树干部分顶端与底端2d面的复制；步骤2.4.3：树干部分2d面切割：选择主界面Tool中的mask，选择solid类型，选择需要划分树干网格的solid部分，选择mask，选择主界面Geom中的quick edit，选择add point on line，选择界面中树干底端2d面边界线，添加4点，使2d面的边界线等分为4条曲线，选择split surf
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node，选择边界线中的点与对角点，选择split surf
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line，选择边界线中另外两点任意一点与点与对角点连线生成的线段；选择最后一点与点与对角点连线生成的线段...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明涛，李亚宁，穆歌，吴江涛，许文年，胡旭东，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：