【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及发动机特性，尤其涉及一种基于有限元的粘弹性材料特性分析方法及相关设备。
技术介绍
1、固体火箭发动机(简称固体发动机)的全寿命周期是指从设计制造到完成燃烧任务对应的时间段。在此周期内，固体发动机由于受到诸多因素影响，会经受到一系列使它产生应力应变的条件，承受了各种载荷。早期在进行固体发动机的结构性能分析时，装药模型简化为圆筒式，材料模型简化为弹性材料，然后求得解析解，这种方法的特点是较为简单，但却与实际差距较大。随着线性粘弹性理论及数值方法的发展，有限差分方法、有限元方法及边界元方法开始逐渐应用到装药结构的分析计算中。随着人们对固体发动机的固体推进剂的力学性质认识的不断深入以及计算机技术的持续发展，以有限元方法为代表的数值分析方法逐渐成为粘弹性材料的结构分析的主要研究手段。对于有限元方法，由于方法的局限性，在计算过程中会存在一定的计算误差，提高精度的方法通常有两种：(1)通过加密网格，以减少单元的网格尺寸；(2)采用结点数更多的单元，以提高单元的阶数。这两种方法均可有效改进精度，但采用的方法和带来的系统负担都会增大。
2、在传统有限元方法中，主要通过加密网格的方法来提高精度，尤其是在应力集中区域和形状变化明显区域进行单独网格加密，可以在一定程度上控制加密网格的数量。通常来说，网格加密之后的计算规模随着结点的增加而成比例增加，计算精度提高程度由单元类型决定。
3、网格加密通常是在有限元计算的前处理阶段完成，其在使用过程中存在如下问题：(1)有限元方法的计算精度的控制较为依赖于操作人员的经验，为
4、采用提高单元阶数的方法，同样也可以达到提高精度的目的。在网格精细程度满足一般性需求的情况下，提高单元阶数在精度提高方面往往效果更好，该方法不需要重新划分网格，单元计算精度也相对较高，同时可以有效避免剪切锁死、沙漏问题和零能模式的发生。常规的提高单元阶数的方法也是在预处理过程中完成，通过操作人员的设置来完成的，其有限元方法的计算精度的控制较为依赖于操作人员的经验，为获得较高精度，往往需要进行多次网格重新划分，不利于实现自动化。
5、综上，在采用有限元方法进行粘弹性材料的结构分析时，由于算法的限制和网格划分问题的专业性，其计算结果往往收敛速度慢，而且难以实现自动化。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对现有技术的在采用有限元方法进行粘弹性材料的结构分析时，由于算法的限制和网格划分问题的专业性，其计算结果往往收敛速度慢，而且难以实现自动化的技术问题，提出了一种基于有限元的粘弹性材料特性分析方法及相关设备。
2、第一方面，提供了一种基于有限元的粘弹性材料特性分析方法，所述方法包括：
3、获取粘弹性材料的初始有限元模型，其中，所述初始有限元模型中的每个单元的阶数均为一阶；
4、基于只调整单元的阶数和不执行网格划分的规则，对所述初始有限元模型进行精度提高，得到目标有限元模型；
5、根据所述目标有限元模型计算所述粘弹性材料的特性数据，得到特性分析结果。
6、进一步地，所述基于只调整单元的阶数和不执行网格划分的规则，对所述初始有限元模型进行精度提高，得到目标有限元模型的步骤，包括：
7、对所述初始有限元模型形成单元刚度矩阵和等效结点载荷向量；
8、根据所述单元刚度矩阵和所述等效结点载荷向量，集成结构刚度矩阵和结点载荷向量；
9、在所述初始有限元模型中引入位移边界条件，根据所述结构刚度矩阵和所述结点载荷向量计算结点位移；
10、根据所述结点位移，对所述初始有限元模型计算每个单元的单元应变及单元应力；
11、根据所述初始有限元模型和各个所述单元应力，寻找应力集中区域和应力过大部位；
12、当所述应力集中区域中存在单元的阶数小于预设阶数，和/或，所述应力过大部位中存在单元的阶数小于所述预设阶数时，通过单元结点插值增强方法，对所述应力集中区域中的阶数小于所述预设阶数的单元进行增加结点处理，通过所述单元结点插值增强方法，对所述应力过大部位中的阶数小于所述预设阶数的单元进行增加结点处理，跳转到所述对所述初始有限元模型形成单元刚度矩阵和等效结点载荷向量的步骤重新执行；
13、当所述应力集中区域的单元的阶数均为所述预设阶数，并且，所述应力过大部位的单元的阶数均为所述预设阶数时，则将所述初始有限元模型作为所述目标有限元模型。
14、进一步地，所述根据所述初始有限元模型和各个所述单元应力，寻找应力集中区域和应力过大部位的步骤，包括：
15、根据各个所述单元应力和第一应力，从所述初始有限元模型中查找所述应力集中区域，其中，所述应力集中区域的区域应力平均值与所述应力集中区域的周围区域的区域应力平均值的差值大于第一应力；
16、从各个所述单元应力中筛选出大于第二应力的所述单元应力，作为目标应力；
17、根据所述目标应力，从所述初始有限元模型中确定所述应力过大部位。
18、进一步地，所述获取粘弹性材料的初始有限元模型的步骤之前，还包括：
19、根据所述粘弹性材料的几何关系及材料物理边界，构建二维模型或三维模型，作为原始模型；
20、基于每个单元的阶数均为一阶的规则，对所述原始模型进行结构离散化处理；
21、对所述原始模型进行模型属性设置，其中，所述模型属性包括：材料属性、预定义场、边界条件、载荷数据和分析步；
22、将所述原始模型作为所述初始有限元模型。
23、进一步地，所述基于每个单元的阶数均为一阶的规则，对所述原始模型进行结构离散化处理的步骤，包括：
24、基于预设网格划分策略和每个单元的阶数均为一阶的规则，对所述原始模型进行结构离散化处理，其中，所述预设网格划分策略包括：单元的单元类型尽量不采用三角形及四面体、针对预设配置的网格划分的单元密度比预设配置以外的区域的网格划分的单元密度高，所述预设配置是预设的重点关注部位或预设的应力集中的区域。
25、进一步地，所述基于每个单元的阶数均为一阶的规则，对所述原始模型进行结构离散化处理的步骤，还包括：
26、基于每个单元的阶数均为一阶的规则，对所述原始模型进行结构离散化处理，在结构离散化处理的过程中，单元类型为三角形的单元和单元类型为四面体的单元均采用hammer积分，单元类型为四边形的单元和单元类型为六面体的单元均采用gauss ian积分。
27、进一步地，粘弹性材料的与径向平行的截面呈八角星形状。
28、第二方面，提供了一种基于有限元本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于有限元的粘弹性材料特性分析方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的基于有限元的粘弹性材料特性分析方法，其特征在于，所述基于只调整单元的阶数和不执行网格划分的规则，对所述初始有限元模型进行精度提高，得到目标有限元模型的步骤，包括：
3.根据权利要求2所述的基于有限元的粘弹性材料特性分析方法，其特征在于，所述根据所述初始有限元模型和各个所述单元应力，寻找应力集中区域和应力过大部位的步骤，包括：
4.根据权利要求2所述的基于有限元的粘弹性材料特性分析方法，其特征在于，所述获取粘弹性材料的初始有限元模型的步骤之前，还包括：
5.根据权利要求4所述的基于有限元的粘弹性材料特性分析方法，其特征在于，所述基于每个单元的阶数均为一阶的规则，对所述原始模型进行结构离散化处理的步骤，包括：
6.根据权利要求4所述的基于有限元的粘弹性材料特性分析方法，其特征在于，所述基于每个单元的阶数均为一阶的规则，对所述原始模型进行结构离散化处理的步骤，还包括：
7.根据权利要求1所述的基于有限元的粘弹性材料特性分析方法，其特
8.一种基于有限元的粘弹性材料特性分析装置，其特征在于，所述装置包括：
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述基于有限元的粘弹性材料特性分析方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述基于有限元的粘弹性材料特性分析方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于有限元的粘弹性材料特性分析方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的基于有限元的粘弹性材料特性分析方法，其特征在于，所述基于只调整单元的阶数和不执行网格划分的规则，对所述初始有限元模型进行精度提高，得到目标有限元模型的步骤，包括：
3.根据权利要求2所述的基于有限元的粘弹性材料特性分析方法，其特征在于，所述根据所述初始有限元模型和各个所述单元应力，寻找应力集中区域和应力过大部位的步骤，包括：
4.根据权利要求2所述的基于有限元的粘弹性材料特性分析方法，其特征在于，所述获取粘弹性材料的初始有限元模型的步骤之前，还包括：
5.根据权利要求4所述的基于有限元的粘弹性材料特性分析方法，其特征在于，所述基于每个单元的阶数均为一阶的规则，对所述原始模型进行结构离散化处理的步骤，包括：
6.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝辉，强洪夫，王学仁，王广，李雪瑞，汪杜豆，戴陈超，何盼莉，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：发明
国别省市：
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