[发明专利]一种三角形网格加筋圆筒结构有限元参数化建模方法

说明书

技术领域

本发明提出了一种对三角形网格加筋圆筒结构进行自动参数化有限元建模的方法，适用于对采用三角形网格加筋圆筒的导弹武器壳体、贮箱筒段等结构的快速有限元建模分析和基于参数化建模的优化设计工作。

背景技术

通过参数化建模技术建立结构的参数化有限元模型，利用优化软件，比如Isight对模型进行封装和调用，在其优化算法调度下可以实现结构的高精度优化设计。

三角形网格加筋圆筒轻质高强，承载能力高，广泛应用于导弹武器壳体、推进剂贮箱筒段等结构形式。

对三角形网格加筋结构进行优化设计，是提高结构效率，最大发挥结构形式的承载潜力的必要过程。但由于结构形式复杂，目前缺乏对三角形网格加筋圆筒结构的有效参数化有限元建模方法，也就无法实现基于有限元分析的高精度优化设计。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提出一种三角形网格加筋圆筒结构有限元参数化建模方法，该方法建模效率和模型精度高。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种三角形网格加筋圆筒结构有限元参数化建模方法，该方法基于MSC.Patran的PCL语言建立三角形网格加筋圆筒结构的参数化有限元模型，圆筒的高度H、外半径R、蒙皮厚度t、周向网格数目n、筋条交叉角度θ、筋条高度h、宽度w等可以自由调整；

步骤为：

第一步，根据给定的结构设计参数(结构设计参数包括圆筒的高度H、外半径R、蒙皮厚度t、周向网格数目n、筋条交叉角度θ、筋条高度h、宽度w)计算建模所需的结构主要特征参数，主要特征参数包括三角形加筋网格的高度H′、三角形加筋网格的层数m、上下端网格高度Hb。计算方法如下：

三角形加筋网格的高度H′：

H′=π(R-0.5t)ntan(θ)---(1)]]>

为了避免圆筒上端下端网格不足一层部分过于短小，影响有限元网格划分质量和分析效果，三角形加筋网格的层数m需要特别处理，计算方法为：首先取m＝int(H/H′)，int表示取整数；如果m·H′>H则三角形加筋网格的层数m减1；如果H-m·H′≤0.5H′，三角形加筋网格的层数m减1；

上下端网格高度Hb：

Hb＝(H-H′·m)/2             (2)

第二步，建立平面单胞网格单元。在完整网格区，每个三角形网格为一个单胞，包括正置和倒置两种。在圆筒上下端，不足一层网格部分，需要分别建立一个三角形单元单胞和一个梯形单元单胞。加强筋用梁单元模拟，共有8个单胞梁单元；

第三步，阵列单胞单元形成圆筒的平面展开模型。通过两次阵列实现，第一次将两个完整三角形单胞单元和相应梁单元阵列m-1次，形成一个斜长条，第二次将这个长条整体阵列n-1次形成完整展开模型；

第四步，对第三步得到的平面展开模型有限元网格进行细化，将每个三角形单元剖分为12个四边形单元，每个梯形单元剖分为16个四边形单元，每个梁单元剖分为4个梁单元。其中每个梁单元等分为4个梁单元，每个梯形单元剖分为4х4总计16个四边形单元，三角形单元首先剖分为3个四边形单元，然后每个四边形单元再剖分为2х2个四边形单元，总计每个三角形单元剖分为12个四边形单元；

第五步将平面模型卷起为圆筒，方法为：

1)建立节点坐标偏移函数。偏移函数的作用计算从节点二维展开坐标和圆筒坐标的偏移量，为空间向量函数。以平面网格位于“X-Y”平面为例，其中X方向为圆筒展开方向，Y方向为圆筒高度方向，坐标原点位于展开图左下角，“卷起”后的圆筒高度方向不变，其平面网格“卷起”的节点坐标偏移函数为：