[发明专利]一种模拟橡胶球铰自由面变形的网格的布局方法

说明书

技术领域

本发明涉及有限元分析模拟橡胶球铰自由面变形的网格布局技术领域，更具体地说，涉及一种模拟橡胶球铰自由面变形的网格的布局方法。

背景技术

橡胶球铰作为连接关节，可以提供六个方向的自由度和变形，在工程机械、铁路及船舶等领域被广泛地应用。在实际使用过程中，需要橡胶球铰的疲劳寿命满足一定的要求。目前，为了提升橡胶球铰的疲劳寿命，在使用前先对橡胶球铰进行一定程度的挤压，然后通过分析软件对橡胶球铰的运动状态进行模拟仿真，以确保在承载过程中橡胶球铰始终保持压缩应力状态。

目前，对橡胶球铰自由面变形的模拟仿真采用网格划分软件来实现。现有的网格布局方法如下：

首先创建橡胶球铰的CAD模型，并转化为def（一种模拟定义文件的文件扩展名）格式的模型文件，然后把模型文件导入通用的网格划分软件（如hypermesh），并生成网格模型，随后设置模型的整体网格尺寸，并在自由边上设置较密的单元数，最后采用混合单元法生成橡胶网格。

但是，采用现有技术划分的网格仅仅是基于拟合模型的形状特征，并没有根据模型的承载受力特征进行布局，因此现有网格布局的方法只能反映出模型的形状特征，而无法反映出模型结构的承载特性，这导致在仿真模拟过程中，橡胶球铰表面的某些局部区域的单元往往会因自由面出现高度扭曲变形，使单元本身产生大变形从而导致单元的某个节点穿透所属单元所在的面，甚至出现自琐等不正常的变形现象，最终导致分析无法进行，即无法完成对橡胶球铰自由面变形的模拟，也就无法确保在承载过程中橡胶球铰始终保持压缩应力状态。

综上所述，如何提供一种模拟橡胶球铰自由面变形的网格的布局方法，以使划分的网格反应出橡胶球铰自由面的形状特性和承载特性，进而为完成橡胶球铰自由面变形的模拟提供前提，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟橡胶球铰自由面变形的网格的布局方法，使划分出的网格反应出了橡胶球铰自由面的形状特性和承载特性，进而为完成橡胶球铰自由面变形的模拟提供前提。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种模拟橡胶球铰自由面变形的网格的布局方法，包括：

1）对橡胶球铰模型划分初始网格并进行挤压分析，并标识出最先扭曲变形的四个位置；

2）分别做垂直于四个位置所在表面的主深度剖分线，并延伸至所述橡胶球铰模型的内铁件和外铁件，形成两个上接触点和两个下接触点，分别连接两个所述上接触点以及连接两个所述下接触点形成两条主剖分线，所述主剖分线将所述橡胶球铰模型分为中区和两个关于所述中区对称分布的端区；

3）所述主深度剖分线将所述端区的自由边依次分为第一自由边、第二自由边和第三自由边，在所述第一自由边上和所述第三自由边上分别选取靠近所述主深度剖分线的一点，并做垂直于该点所述表面的副深度剖分线，所述主深度剖分线和所述副深度剖分线将所述端区分为第一子区，和关于所述第一子区对称分布的第二子区与第三子区以及第四子区与第五子区；

4）对橡胶球铰模型重新划分网格，所述主深度剖分线上的网格数和所述副深度剖分线上的网格数相同且不小于2，在所述第一子区中：所述端区的自由边上的网格数不小于4，且所述主深度剖分线的长度值与其上的网格数目的比值分别大于所述自由边的的长度值与其上的网格数目的比值以及与所述端区的非自由边的长度值与其上的网格数目的比值，在所述第二子区、所述第三子区、所述第四子区和所述第五子区任意一个中：所述端区的自由边上的网格数均不小于2，且所述副深度剖分线的长度值与其上的网格数目的比值分别大于与其相连的所述自由边的长度值与其上的网格数目的比值以及与所述端区的非自由边的长度值与其上的网格数目的比值；

5）将重新划分网格的橡胶球铰模型转化为六面体实体单元模型，进行挤压分析并提取分析结果，判断所述分析结果是否收敛，如果否，则进入步骤6）；如果是，则完成网格布局；

6）按照步骤4）逐步增加网格密度，并返回步骤5）。

优选的，上述布局方法中，所述步骤3）选择所述第一自由边上将其分为长度比值为4:6的两段的点做副深度剖分线；选择所述第三自由边上将其分为长度比值为4:6的两段的点做副深度剖分线。