專利名稱：一種板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有限元建模方法，特別是一種板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模方法。
背景技術(shù)：
板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)是將多根梁夾在兩塊板殼之間，過去的有限元建模方法為實(shí)體單元建?；虬鍤卧?，即用實(shí)體單元或板殼單元對(duì)板殼和梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，其主要步驟為對(duì)板殼劃分實(shí)體單元或板殼單元；對(duì)梁劃分實(shí)體單元或板殼單元；采用節(jié)點(diǎn)耦合或多點(diǎn)約束將板殼和梁的單元進(jìn)行關(guān)聯(lián)。這種建模過程繁瑣，且計(jì)算量較大，不利于處理復(fù)雜問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模方法，解決過去的實(shí)體或板殼單元建模過程繁瑣且計(jì)算量較大的問題。一種板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模方法，其具體步驟為
第一步搭建板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模系統(tǒng)
板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模系統(tǒng)，包括=CAD模型處理模塊、有限元網(wǎng)格劃分模塊、節(jié)點(diǎn)編輯模塊、單元編輯模塊。CAD模型處理模塊用于簡(jiǎn)化CAD模型，有限元網(wǎng)格劃分模塊用于劃分網(wǎng)格，節(jié)點(diǎn)編輯模塊用于合并節(jié)點(diǎn)，單元編輯模塊用于設(shè)置單元偏置。第二步CAD模型處理模塊簡(jiǎn)化CAD模型
板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)由板殼A、板殼B和夾在中間的梁A、梁B、梁C構(gòu)成,板殼和梁之間采用焊接或粘接方式固定，或整體鑄造成型。CAD模型處理模塊將板殼簡(jiǎn)化為空間曲面，梁簡(jiǎn)化為曲線。曲面位于板殼A和板殼B的中間,平行于板殼A和板殼B,為板殼A和板殼B所共用；曲線B位于曲面內(nèi)，且與梁B的中心線重合；曲線A和曲線C位于曲面邊界，曲線A由梁A的中心線平移生成，曲線C由梁C的中心線平移生成。第三步有限元網(wǎng)格劃分模塊劃分網(wǎng)格
根據(jù)簡(jiǎn)化的CAD模型，有限元網(wǎng)格劃分模塊采用板殼單元對(duì)曲面劃分網(wǎng)格，作為板殼A的有限元網(wǎng)格；之后，將網(wǎng)格在原處復(fù)制一份，與原網(wǎng)格重合，作為板殼B的有限元網(wǎng)格；采用梁?jiǎn)卧獙?duì)曲線A、曲線B、曲線C劃分網(wǎng)格，分別作為梁A、梁B、梁C的有限元網(wǎng)格；保持板殼單元節(jié)點(diǎn)和梁?jiǎn)卧?jié)點(diǎn)在空間位置上的重合。第四步節(jié)點(diǎn)編輯模塊合并節(jié)點(diǎn)
根據(jù)生成的有限元網(wǎng)格，每一個(gè)實(shí)心圓點(diǎn)代表三個(gè)節(jié)點(diǎn)，它們?cè)诳臻g位置上重合，三個(gè)節(jié)點(diǎn)分別為板殼A+板殼B+梁A、板殼A+板殼B+梁B、板殼A+板殼B+梁C。節(jié)點(diǎn)編輯模塊將實(shí)心圓點(diǎn)處的三個(gè)節(jié)點(diǎn)合并為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，用于模擬板殼和梁的連接。每一個(gè)空心圓點(diǎn)代表兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，它們?cè)诳臻g位置上重合，分別為板殼A和板殼B，空心圓點(diǎn)不做合并節(jié)點(diǎn)的操作。
第五步單元編輯模塊設(shè)置單元偏置
根據(jù)修改后的有限元網(wǎng)格，單元編輯模塊對(duì)屬于板殼A和板殼B的板殼單元分別設(shè)置單元節(jié)點(diǎn)偏置；對(duì)屬于梁A、梁B和梁C的梁?jiǎn)卧謩e設(shè)置單元節(jié)點(diǎn)偏置，以模擬板殼和梁的空間實(shí)體結(jié)構(gòu)。至此，實(shí)現(xiàn)了板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模。本發(fā)明采用板殼單元對(duì)板殼進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用梁?jiǎn)卧獙?duì)梁進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用合并節(jié)點(diǎn)的方式將板殼和梁進(jìn)行連接，利用板殼和梁?jiǎn)卧钠帽磉_(dá)板殼和梁的實(shí)體結(jié)構(gòu)。這種建模方法充分利用了板殼單元和梁?jiǎn)卧髯缘膬?yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn)化了建模過程并減小了計(jì)算規(guī)模，解決了板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的有限元建模過程繁瑣，且計(jì)算量較大的問題，在此基礎(chǔ)上，有利于處理更加復(fù)雜的問題。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了快速、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確的板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模。


圖I 一種板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模方法的板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)主視 圖2 —種板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模方法的簡(jiǎn)化CAD模型示意 圖3 —種板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模方法的簡(jiǎn)化CAD模型有限元網(wǎng)格 圖4 一種板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模方法的顯示單元偏置與橫截面的有限元網(wǎng)格圖。I.板殼 A 2.板殼 B 3.梁 A 4.梁 B 5.梁 C。
具體實(shí)施例方式一種板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模方法，其具體步驟為
第一步搭建板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模系統(tǒng)
板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模系統(tǒng)，包括=CAD模型處理模塊、有限元網(wǎng)格劃分模塊、節(jié)點(diǎn)編輯模塊、單元編輯模塊。CAD模型處理模塊用于簡(jiǎn)化CAD模型，有限元網(wǎng)格劃分模塊用于劃分網(wǎng)格，節(jié)點(diǎn)編輯模塊用于合并節(jié)點(diǎn)，單元編輯模塊用于設(shè)置單元偏置。第二步CAD模型處理模塊簡(jiǎn)化CAD模型
板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)由板殼Al、板殼B2和夾在中間的梁A3、梁B4、梁C5構(gòu)成，板殼和梁之間采用焊接或粘接方式固定，或整體鑄造成型。CAD模型處理模塊將板殼簡(jiǎn)化為空間曲面，梁簡(jiǎn)化為曲線。曲面位于板殼Al和板殼B2的中間，平行于板殼Al和板殼B2,為板殼Al和板殼B2所共用；曲線B位于曲面內(nèi)，且與梁B4的中心線重合；曲線A和曲線C位于曲面邊界，曲線A由梁A3的中心線平移生成，曲線C由梁C5的中心線平移生成。第三步有限元網(wǎng)格劃分模塊劃分網(wǎng)格
根據(jù)簡(jiǎn)化的CAD模型，有限元網(wǎng)格劃分模塊采用板殼單元對(duì)曲面劃分網(wǎng)格，作為板殼Al的有限元網(wǎng)格；之后，將網(wǎng)格在原處復(fù)制一份，與原網(wǎng)格重合，作為板殼B2的有限元網(wǎng)格；采用梁?jiǎn)卧獙?duì)曲線A、曲線B、曲線C劃分網(wǎng)格，分別作為梁A3、梁B4、梁C5的有限元網(wǎng)格；保持板殼單元節(jié)點(diǎn)和梁?jiǎn)卧?jié)點(diǎn)在空間位置上的重合。第四步節(jié)點(diǎn)編輯模塊合并節(jié)點(diǎn)
根據(jù)生成的有限元網(wǎng)格，每一個(gè)實(shí)心圓點(diǎn)代表三個(gè)節(jié)點(diǎn)，它們?cè)诳臻g位置上重合，三個(gè)節(jié)點(diǎn)分別為板殼Al+板殼B2+梁A3、板殼Al+板殼B2+梁B4、板殼Al+板殼B2+梁C5。節(jié)點(diǎn)編輯模塊將實(shí)心圓點(diǎn)處的三個(gè)節(jié)點(diǎn)合并為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，用于模擬板殼和梁的連接。每一個(gè)空心圓點(diǎn)代表兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，它們?cè)诳臻g位置上重合，分別為板殼Al和板殼B2，空心圓點(diǎn)不做合并節(jié)點(diǎn)的操作。第五步單元編輯模塊設(shè)置單元偏置
根據(jù)修改后的有限元網(wǎng)格，單元編輯模塊對(duì)屬于板殼Al和板殼B2的板殼單元分別設(shè)置單元節(jié)點(diǎn)偏置；對(duì)屬于梁A3、梁B4和梁C5的梁?jiǎn)卧謩e設(shè)置單元節(jié)點(diǎn)偏置 ，以模擬板殼和梁的空間實(shí)體結(jié)構(gòu)。至此，實(shí)現(xiàn)了板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模。
權(quán)利要求
1.一種板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模方法，其特征在于具體步驟為 第一步搭建板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模系統(tǒng) 板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模系統(tǒng)，包括=CAD模型處理模塊、有限元網(wǎng)格劃分模塊、節(jié)點(diǎn)編輯模塊、單元編輯模塊；CAD模型處理模塊用于簡(jiǎn)化CAD模型，有限元網(wǎng)格劃分模塊用于劃分網(wǎng)格，節(jié)點(diǎn)編輯模塊用于合并節(jié)點(diǎn)，單元編輯模塊用于設(shè)置單元偏置； 第二步CAD模型處理模塊簡(jiǎn)化CAD模型 板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)由板殼A (I)、板殼B (2)和夾在中間的梁A (3)、梁B (4)、梁C (5)構(gòu)成，板殼和梁之間采用焊接或粘接方式固定，或整體鑄造成型；CAD模型處理模塊將板殼簡(jiǎn)化為空間曲面，梁簡(jiǎn)化為曲線；曲面位于板殼A (I)和板殼B (2)的中間，平行于板殼A(I)和板殼B (2)，為板殼A (I)和板殼B (2)所共用；曲線B位于曲面內(nèi)，且與梁B (4)的中心線重合；曲線A和曲線C位于曲面邊界，曲線A由梁A (3)的中心線平移生成，曲線C由梁C (5)的中心線平移生成； 第三步有限兀網(wǎng)格劃分模塊劃分網(wǎng)格 根據(jù)簡(jiǎn)化的CAD模型，有限元網(wǎng)格劃分模塊采用板殼單元對(duì)曲面劃分網(wǎng)格，作為板殼A(I)的有限元網(wǎng)格；之后，將網(wǎng)格在原處復(fù)制一份，與原網(wǎng)格重合，作為板殼B (2)的有限元網(wǎng)格；采用梁?jiǎn)卧獙?duì)曲線A、曲線B、曲線C劃分網(wǎng)格，分別作為梁A (3)、梁B (4)、梁C (5)的有限元網(wǎng)格；保持板殼單元節(jié)點(diǎn)和梁?jiǎn)卧?jié)點(diǎn)在空間位置上的重合； 第四步節(jié)點(diǎn)編輯模塊合并節(jié)點(diǎn) 根據(jù)生成的有限元網(wǎng)格，每一個(gè)實(shí)心圓點(diǎn)代表三個(gè)節(jié)點(diǎn)，它們?cè)诳臻g位置上重合，三個(gè)節(jié)點(diǎn)分別為板殼A (I) +板殼B (2)+梁A (3)、板殼A (I) +板殼B (2) +梁B (4)、板殼A (I) +板殼B (2) +梁C (5);節(jié)點(diǎn)編輯模塊將實(shí)心圓點(diǎn)處的三個(gè)節(jié)點(diǎn)合并為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，用于模擬板殼和梁的連接海一個(gè)空心圓點(diǎn)代表兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，它們?cè)诳臻g位置上重合，分別為板殼A (I)和板殼B (2)，空心圓點(diǎn)不做合并節(jié)點(diǎn)的操作； 第五步單元編輯模塊設(shè)置單元偏置 根據(jù)修改后的有限元網(wǎng)格，單元編輯模塊對(duì)屬于板殼A (I)和板殼B (2)的板殼單元分別設(shè)置單元節(jié)點(diǎn)偏置；對(duì)屬于梁A (3)、梁B (4)和梁C (5)的梁?jiǎn)卧謩e設(shè)置單元節(jié)點(diǎn)偏置，以模擬板殼和梁的空間實(shí)體結(jié)構(gòu)； 至此，實(shí)現(xiàn)了板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模方法，其具體步驟為搭建板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模系統(tǒng)，包括CAD模型處理模塊、有限元網(wǎng)格劃分模塊、節(jié)點(diǎn)編輯模塊、單元編輯模塊；CAD模型處理模塊將板殼簡(jiǎn)化為空間曲面，梁簡(jiǎn)化為曲線；有限元網(wǎng)格劃分模塊采用板殼單元對(duì)曲面劃分網(wǎng)格，采用梁?jiǎn)卧獙?duì)曲線A、曲線B、曲線C劃分網(wǎng)格；節(jié)點(diǎn)編輯模塊將實(shí)心圓點(diǎn)處的三個(gè)節(jié)點(diǎn)合并為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，用于模擬板殼和梁的連接；單元編輯模塊對(duì)屬于板殼A(1)和板殼B(2)的板殼單元分別設(shè)置單元節(jié)點(diǎn)偏置。至此，實(shí)現(xiàn)了板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模。本方法實(shí)現(xiàn)了快速、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確的板殼和梁強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的有限元建模。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102841969SQ20121034850
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者賀李平 申請(qǐng)人:中國航天科工集團(tuán)第二研究院二十三所