[发明专利]有限元建模中基于扫掠特征等积替换的模型态生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机辅助建模方法，更具体地说是一种应用在有限元领域中几何模型简化的模型态生成方法。

背景技术

计算机辅助工程(Computer Aided Engineer，即CAE)目前已经被广泛应用于产品设计和优化过程中，而有限元分析方法是最广泛应用的CAE方法。但是，计算机辅助设计(Computer Aided Design，即CAD)系统建立的模型通常不适合直接进行有限元分析，原因之一是CAD系统建立的模型通常会包含一些复杂特征，造成计算资源消耗过多，甚至会导致网格剖分失败或有限元计算出错。事实上，在一次分析过程中，分析人员并不是追求无限精确的分析结果，因此可以在用户容许的误差范围内对模型进行简化。目前对模型简化的方式有特征抑制、特征降维、特征替换和对称性简化。特征抑制是删除模型中体积较小的特征，特征降维是将模型中三维特征用二维或一维特征表示，特征替换是将模型中高曲率特征用低曲率特征替换，对称性简化是将具有对称性的模型简化为其一部分的简化方法。合肥工业大学2008届硕士学位论文《基于误差分析和特征替换的模型态生成方法研究》(以下简称文献1)首次提出了对模型中经常出现的高曲率扫掠特征用低曲率折线扫掠特征替换的模型态生成方法。这一方法提出了用圆的内接正多边形替换圆形扫掠轮廓及扫掠路径并重新生成替换后扫掠特征的方法。根据文献1第三章提出的误差分析理论，特征被替换前后体积改变量越小，特征替换前后有限元计算结果之间的差异也越小。但是若采用文献1中的高曲率扫掠特征替换方法将存在以下问题：替换后特征体积明显小于替换前特征，那么会增大特征替换后对有限元计算结果的影响，即造成特征替换后有限元计算结果与特征替换前有限元计算结果有较大的偏差。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提出一种有限元建模中基于扫掠特征等积替换的模型态生成方法，采用特征替换的形式进行模型简化，以期减少模型特征被替换前后有限元计算结果的差异。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明有限元建模中基于扫掠特征等积替换的模型态生成方法的特点是按如下步骤进行：

a、给出待简化模型，所述待简化模型具有在进行有限元分析时的载荷条件和网格剖分条件，所述网格剖分条件为最大网格直径h_max、最小网格直径h_min和网格的疏密程度ε；

b、根据式ρ0=2ϵ/hmin,]]>确定模型中属于高曲率扫掠特征的曲率阈值ρ₀；根据所述的曲率阈值ρ₀将所述待简化模型的可简化扫掠特征分为高曲率扫掠特征和非高曲率扫掠特征；所述高曲率扫掠特征是在其特征组成面中包含有高曲率扫掠曲面的扫掠特征；所述高曲率扫掠曲面是指扫掠曲面的扫掠路径的最大曲率或扫掠轮廓的最大曲率大于曲率阈值ρ₀的扫掠曲面；所述非高曲率扫掠特征是在其特征组成面中不包含有高曲率扫掠曲面的扫掠特征；

c、由高曲率扫掠特征识别算法识别高曲率扫掠特征，建立高曲率扫掠特征链表，在所述高曲率扫掠特征链表中选择待简化高曲率扫掠特征；

d、由计算机辅助设计中模型误差层次的构建方法获得每个待简化模型的替换方案，并获得与所述替换方案相应每个被替换的高曲率扫掠特征的网格直径改变量H和相应的模型误差层次LOE值，选择满足需要的LOE值；

e、根据等积替换算法，以与所选定的LOE值相对应的替换方案对相应的待简化模型中的高曲率扫掠特征进行替换，生成简化模型态。

本发明有限元建模中基于扫掠特征等积替换的模型态生成方法的特点也在于所述步骤c中高曲率扫掠特征识别算法按以下步骤进行：

c1、识别构成输入模型的所有面，对每个面执行如下操作：

c2、判断该面是否为平面，若是转c8，否则执行c3；

c3、判断该曲面是否为扫掠型曲面；若是，则分别获得扫掠路径和扫掠轮廓，反之转c8；