一种过渡网格自动划分建模方法技术

技术编号：37627138 阅读：16 留言：0更新日期：2023-05-18 12:18

本发明专利技术公开了一种过渡网格自动划分建模方法，属于有限元仿真技术领域，应用于带侧槽紧凑拉伸试件，方法包括：确定带侧槽紧凑拉伸试件的几何设计参数，并基于几何对称性和几何特征点的坐标描述建立四分之一几何模型；确定网格划分尺寸参数，生成网格关键特征点坐标；根据网格关键特征点坐标，将原始几何模型切割成预设数量的模型组元；对预设数量的模型组元进行网格划分类型设置，依次划分并生成带侧槽紧凑拉伸试件的网格模型。改善带侧槽紧凑拉伸试件模型网格划分质量，避免采用手动交互式划分，兼顾仿真计算的求解精度和求解效率，网格规整、通用性强和不易出错，克服了几何简化网格模型和传统过渡网格模型的不足，从而实现高精度自动化建模。精度自动化建模。精度自动化建模。

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【技术实现步骤摘要】
一种过渡网格自动划分建模方法

[0001]本专利技术属于有限元仿真
，具体涉及一种过渡网格自动划分建模方法。

技术介绍

[0002]带侧槽紧凑拉伸(CT,Compact Tension)试件是ASTM标准推荐的研究金属材料裂纹扩展行为及测定金属材料断裂韧性的常用试件类型之一。在使用计算机辅助求解带侧槽紧凑拉伸试件力学响应时，因试件机械加工缺口及侧槽几何部位应力梯度变化剧烈，通常需要采用较细的网格来捕捉应力的变化，而在远离上述区域应力梯度变化较为平缓的部位，则采用较粗的网格以节约计算成本。为了保证粗细网格之间衔接流畅均匀，需要采用尺寸合适的过渡网格划分方法。
[0003]目前，用于仿真力学计算的紧凑拉伸试件网格模型可分为两类。第一类是忽略侧槽几何的2D网格模型
[1][2][3]或者简化侧槽几何的3D网格模型
[4]，这些模型因为在侧槽几何细节上进行了简化处理，虽然降低了网格划分的难度，但难以探究侧槽3D几何拘束对于力学响应的影响。第二类是考虑完整侧槽几何的3D网格模型
[5]，此类几何模型采取的是传统的等比数列节点分布的网格过渡方法，单元数量较多，计算成本太大。除此之外，其他采用过渡网格划分的带侧槽三点弯曲试样研究
[6]，因在几何形式上与本专利技术针对的CT试样有本质区别，缺乏可比性。不过，上述已有研究都采用手动交互式划分，普遍存在前处理环节耗时长的弊端。综上所述，当前仍然缺少专门针对用于带侧槽紧凑拉伸试样过渡网格自动划分生成高精度有限元模型的方法。
[0004...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种过渡网格自动划分建模方法，其特征在于，应用于带侧槽紧凑拉伸试件，包括：S1：确定所述带侧槽紧凑拉伸试件的几何设计参数，并基于几何对称性和几何特征点的坐标描述建立四分之一几何模型；S2：确定网格划分尺寸参数，生成网格关键特征点坐标；S3：根据所述网格关键特征点坐标，将原始几何模型切割成预设数量的模型组元；S4：对预设数量的所述模型组元进行网格划分类型设置，依次划分并生成带侧槽紧凑拉伸试件的网格模型。2.根据权利要求1所述的过渡网格自动划分建模方法，其特征在于，所述预设数量为18个。3.根据权利要求2所述的过渡网格自动划分建模方法，其特征在于，所述S1具体包括：S101：确定所述带侧槽紧凑拉伸试件的几何设计参数，其中，所述几何设计参数包括：试件宽度为W、试件厚度为B、台阶高度为h、机械加工缺口长度为l
n
、台阶宽度为w3、开口宽度为w4、机械加工缺口收尾角度为θ、夹持圆孔直径为D、侧槽根部半径为r
sg
、试件的净厚度B
N
、侧槽根部过渡圆弧角度S102：根据所述带侧槽紧凑拉伸试件的几何设计参数，确定机械加工侧槽宽度w2：S103：确定坐标原点位置及坐标轴方向，建立整体坐标系O
‑
xyz；S104：确定在z＝0的xy平面上不带侧槽紧凑拉伸试件的四分之一几何模型的投影特征点坐标：O(0,0,0)、O'(h+l
n
,0,0)、,0,0)、I(
‑
0.25W,0.6W,0)、J(W,0.6W,0)、V(W,0,0)、K(0,0.375W,0)、0.25W,0.6W,0)、J(W,0.6W,0)、V(W,0,0)、K(0,0.375W,0)、S105：根据不带侧槽紧凑拉伸试件的四分之一几何模型的投影特征点坐标，绘制四分之一不带侧槽紧凑拉伸试件的二维几何草图；S106：根据四分之一不带侧槽紧凑拉伸试件的二维几何草图，沿试件厚度方向(z轴正
方向)拉伸长度，生成不带侧槽紧凑拉伸试件的四分之一几何模型；S107：在x＝W的yz平面绘制侧槽的二维几何草图；S108：将侧槽的二维几何草图沿着x轴拉伸W长度，并进行切割，生成带侧槽紧凑拉伸试件的四分之一几何模型。4.根据权利要求3所述的过渡网格自动划分建模方法，其特征在于，所述S105具体为：依次连接线段AB
’
、线段B
’
C、线段CF、线段FG、线段GH、线段HI、线段IJ、线段JV、线段VO
’
，并以点K为圆心，绘制半径为的夹持圆孔；所述S107具体为：依次连接线段OT、线段TS、圆弧SQ、线段QO形成封闭几何草图。5.根据权利要求3所述的过渡网格自动划分建模方法，其特征在于，所述S2具体包括：S201：确定底面为bcdC和CdGF的几何组元边长网格等分数目分别为N
bc
、N
dC
和N
CF
，底面为abCB的几何组元边长aB的最小网格等分数目为N
x1
(需为3的整数倍)；S202：确定第13号几何组元在厚度方向的最密网格等分数目为N
z1
(需为8的整数倍)，确定线段hV
‑
sU网格等分尺寸为N1，线段tU
‑
sU网格等分尺寸为N2；S203：生成台阶部分关键特征点坐标：S203：生成台阶部分关键特征点坐标：S204：生成底面为abCB的几何组元网格划分所需的关键几何点坐标为：S204：生成底面为abCB的几何组元网格划分所需的关键几何点坐标为：S204：生成底面为abCB的几何组元网格划分所需的关键几何点坐标为：S204：生成底面为abCB的几何组元网格划分所需的关键几何点坐标为：S204：生成底面为abCB的几何组元网格划分所需的关键几何点坐标为：S205：生成所述第13号几何组元的网格剖分参考点坐标为：
S206：确定第12号几何组元的网格剖分参考点坐标为：S206：确定第12号几何组元的网格剖分参考点坐标为：S206：确定第12号几何组元的网格剖分参考点坐标为：S206：确定第12号几何组元的网格剖分参考点坐标为：hV(x
tT
,y
A
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rT
)、iV(x
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bW
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)，其中，
S207：确定第10号几何组元网格剖分参考点坐标为：tW(x
B
,y
B
,
‑
z
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【专利技术属性】
技术研发人员：岳清瑞，王晓，刘晓刚，王伟鑫，孙彤，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：

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