一种内聚力单元生成方法技术

本发明专利技术公开了一种内聚力单元生成方法，基于ABAQUS软件的初始有限元模型，提供了一种内聚力单元生成方法，可满足不同使用条件下对内聚力单元建模的特殊需求。具体来说，此方法可适用于不同维度不同形式的有限元网格类型，并实现给定位置处高效的内聚力单元批量生成。此方法可独立于商业软件运行，也可以制作成插件嵌入至软件中运行。本发明专利技术可有效弥补当前商业软件中内聚力单元生成形式单一、操作不便捷的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种内聚力单元生成方法


[0001]本专利技术属于有限元建模领域，具体涉及一种内聚力单元生成方法。

技术介绍

[0002]内聚力模型能够避免线弹性断裂力学中裂纹尖端应力奇异性问题，计算开裂过程中的应力及断裂能，使其在裂纹的萌生与扩展、复合材料的分层和脱粘等领域得到了广泛的关注与应用。
[0003]内聚力模型是通过在结构体的有限元模型中插入零厚度的内聚力单元来实现的。目前，基于内聚力模型的内聚力单元生成方法已经嵌入到了ABAQUS商业有限元软件中，能够实现模型内部定义的面与面之间插入内聚力界面单元，以满足复合材料的分层和脱粘等问题的研究。然而，对于更为一般的情况，如在复合材料相界面、不同材料内部网格、或者全局网格间进行批量化内聚力单元的生成与插入，现有的商业软件尚无法做到。因此，为了能够满足不同使用条件下的特殊需求，本专利技术提供了一种内聚力单元生成方法，能够适用于不同维度不同形式的有限元网格类型，并实现高效的单元间内聚力单元生成。

技术实现思路

[0004]本专利技术所为了解决
技术介绍
中存在的技术问题，目的在于提供了一种内聚力单元生成方法，可满足不同使用条件下，对任意组分进行内聚力单元建模的需求。本专利技术工作的前提条件是获得基于ABAQUS软件的有限元模型，模型中应完成全局的网格划分，对不同网格的材料属性有明确的定义，并输出得到.inp类型的计算文件。本专利技术内聚力单元的生成通过对原始模型进行数据提取、数据分析，并按输出要求实现含内聚力单元的模型输出。
[0005]为了解决技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种内聚力单元生成方法，所述方法包括：
[0007]S1：构建有限元网格模型的初始节点数据集；
[0008]S2：构建有限元模型的初始单元数据集；
[0009]S3：基于初始单元数据集，构建单元边界数据集；
[0010]S4：基于步骤S3获得的单元边界数据集，构建单元公共边界数据集；
[0011]S5：利用所述单元公共边界数据集，进行内聚力单元生成区域判定，并对清理后的公共边界的节点进行复制；
[0012]S6：利用步骤S5得到的单元公共边界边数据集、新的节点ID，构建内聚力单元数据集；
[0013]S7：基于所述新的节点ID，生成更新节点数据集、更新单元数据集；
[0014]S8：对含内聚力单元的模型输出，即实现给定位置处高效的内聚力单元批量生成。
[0015]进一步，所述步骤S1具体包括：构建有限元网格模型的初始节点数据集，首先读取.inp类型的有限元模型并进行参数识别，提取节点信息，其中，每一个节点的信息包含节点编号、节点空间坐标位置X、节点空间坐标位置Y及节点空间坐标位置Z。
[0016]进一步，所述步骤S2具体包括：构建有限元模型的初始单元数据集，首先读取.inp类型的有限元模型并进行参数识别，提取单元信息，其中，每一个单元的信息包含单元编号、材料类型、单元类型、构成单元的初始节点ID。
[0017]进一步，所述步骤S3具体包括：构建单元边界数据集，首先基于所构建的初始单元数据集，根据网格类型的不同，如3D六面体网格、3D四面体网格、2D四边形网格、2D三角形网格、或2D混合网格，进行单元边界的提取；
[0018]其中，3D网格类型的边界为面，2D网格类型的边界为线，每个单元边界按照单元节点组成规律以规则的顺序提取，以3D六面体网格为例，假设其构成单元的节点ID为1～8，则其单元边界可按顺序表示为[1,2,3,4],[5,8,7,6],[1,5,6,2],[2,6,7,3],[3,7,8,4],[4,8,5,1]，各单元边界对应的边界序列为1～6。
[0019]进一步，所述步骤S4具体包括：构建单元公共边界数据集；首先基于S3获得的单元边界数据集，计算每一个边界出现的频次，其中不考虑节点ID的先后顺序，即单元边界[1,2,3,4]与[3,4,1,2]视为同一边界，若单元边界仅出现1次，则表明此单元边界在模型中为模型边界，不与其他单元相邻；若单元边界出现2次，则表明此单元边界为两个单元的公共面或公共边，单元公共边界数据集保存构成该公共面边界的节点ID，所属单元的ID号，以及所属单元的边界序列。
[0020]进一步，所述步骤S5包括：内聚力单元生成区域判定；首先基于S4中单元公共边界数据集，进行内聚力单元生成区域判定，根据实际的建模需求，可指定特定材质内部、不同材质界面处、或者全局单元多种内聚力单元的生成区域，对步骤S4构建的数据集进行数据提取；具体的，若需要在材质M1内部生成内聚力单元，则提取公共边界所属单元均为M1的公共边界；若需要在材质M1和M2的界面处生成内聚力单元，则提取公共边界边所属单元分别为M1和M2的公共边界；若需要在全局单元间生成内聚力单元，则不做特殊处理，使用所有识别到的公共边界。
[0021]进一步，所述步骤S5还包括：对清理后的公共边界的节点进行复制，按照初始的单元顺序按需分配新的节点ID，与初始节点形成节点对，并记录其与初始节点ID的映射查询关系。
[0022]进一步，所述步骤S6具体包括：构建内聚力单元数据集，首先根据S5中获得的单元公共边界边数据集、新的节点ID，生成零厚度内聚力单元，根据单元的维度和类型的不同，可生成8节点内聚力单元即3D六面体网格、6节点内聚力单元即3D四面体网格，4节点内聚力单元即2D网格。
[0023]进一步，所述步骤S7具体包括：
[0024]生成更新节点数据集、更新单元数据集；首先根据S5复制的节点，对初始节点数据集进行更新，生成更新节点数据集；根据复制节点ID与初始节点ID的映射查询关系，对初始单元数据集进行更新，生成更新单元数据集。
[0025]进一步，所述步骤S8具体包括：对含内聚力单元的模型输出；首先，按照计算软件的模型编码规则，对有限元模型进行重构输出，主要输出内容包括节点信息、单元信息、零部件信息、材料信息、载荷信息；其中，根据不同的内聚力单元形式，设定不同的单元属性和材料损伤属性，具体的属性设置方法与实际分析的问题有关。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0027]本专利技术基于ABAQUS软件的初始有限元模型，提供了一种内聚力单元生成方法，可满足不同使用条件下对内聚力单元建模的特殊需求。具体来说，此方法可适用于不同维度不同形式的有限元网格类型，并实现给定位置处高效的内聚力单元批量生成。此方法可独立于商业软件运行，也可以制作成插件嵌入至软件中运行。本专利技术可有效弥补当前商业软件中内聚力单元生成形式单一、操作不便捷的问题。
附图说明
[0028]图1为内聚力单元生成方法流程图。
[0029]图2为六面体网格模型，实现全局内聚力单元生成；
[0030]图3为四边形网格模型，实现全局内聚力单元生成；
[0031]图4为三角形网格模型，实现不同材质内部及界面处内聚力单元生成。
具体实施方式
[0032]下面结合实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内聚力单元生成方法，其特征在于，所述方法包括：S1：构建有限元网格模型的初始节点数据集；S2：构建有限元模型的初始单元数据集；S3：基于初始单元数据集，构建单元边界数据集；S4：基于步骤S3获得的单元边界数据集，构建单元公共边界数据集；S5：利用所述单元公共边界数据集，进行内聚力单元生成区域判定，并对清理后的公共边界的节点进行复制；S6：利用步骤S5得到的单元公共边界边数据集、新的节点ID，构建内聚力单元数据集；S7：基于所述新的节点ID，生成更新节点数据集、更新单元数据集；S8：对含内聚力单元的模型输出，即实现给定位置处高效的内聚力单元批量生成。2.根据权利要求1所述的一种内聚力单元生成方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：构建有限元网格模型的初始节点数据集，首先读取.inp类型的有限元模型并进行参数识别，提取节点信息，其中，每一个节点的信息包含节点编号、节点空间坐标位置X、节点空间坐标位置Y及节点空间坐标位置Z。3.根据权利要求1所述的一种内聚力单元生成方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：构建有限元模型的初始单元数据集，首先读取.inp类型的有限元模型并进行参数识别，提取单元信息，其中，每一个单元的信息包含单元编号、材料类型、单元类型、构成单元的初始节点ID。4.根据权利要求1所述的一种内聚力单元生成方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：构建单元边界数据集，首先基于所构建的初始单元数据集，根据网格类型的不同，如3D六面体网格、3D四面体网格、2D四边形网格、2D三角形网格、或2D混合网格，进行单元边界的提取；其中，3D网格类型的边界为面，2D网格类型的边界为线，每个单元边界按照单元节点组成规律以规则的顺序提取，以3D六面体网格为例，假设其构成单元的节点ID为1～8，则其单元边界可按顺序表示为[1,2,3,4],[5,8,7,6],[1,5,6,2],[2,6,7,3],[3,7,8,4],[4,8,5,1]，各单元边界对应的边界序列为1～6。5.根据权利要求1所述的一种内聚力单元生成方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：构建单元公共边界数据集；首先基于S3获得的单元边界数据集，计算每一个边界出现的频次，其中不考虑节点ID的先后顺序，即单元边界[1,2,3,4]与[3,4,1,2]视为同一边界，若单元边...

【专利技术属性】
技术研发人员：王潇嵩，章振宇，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：