[发明专利]一种基于有限元法的经编金属丝网力学特性分析

说明书

本发明提供了一种基于有限元法的经编金属丝网力学特性分析，具体步骤如下：1)根据经编金属丝网最小重复结构的线圈结构，确定其型值点三维坐标；2)根据最小重复结构间的拓扑关系，确定整体的经编金属丝网型值点的三维坐标；3)将整体的经编金属丝网型值点的三维坐标作为有限元建模的关键点坐标，实现其有限元模型的建立；4)基于整体的经编金属丝网的有限元模型，对其施加接触约束；5)最终通过对整体的经编金属丝网施加载荷和边界约束，实现其静力学分析。本发明基于有限元法实现了经编金属丝网的力学分析，为丝网的研制提供理论基础，也为未来索网‑丝网结构找形分析、丝网的铺设过程提供参考。

技术领域

本发明属于有限元仿真技术领域，具体涉及一种基于有限元法的经编金属丝网力学特性分析。

背景技术

由金属丝编织而成的柔性网状织物是制备金属网状天线的关键材料。经编柔性金属丝网是采用超细金属丝和经编技术生产的经编柔性网格材料，其具有质量轻、纵横向均有一定延展性、网格尺寸可设计等特点。金属丝网被铺设在索网上，火箭发射时保持折叠收拢的状态；卫星进入运行轨道后要求金属丝编织网展开，进入工作状态。进而，金属丝编织网的性能决定着通信卫星金属网状天线通信性能的发挥。丝网材料的编织结构、网孔形状与尺寸大小、网面各向均匀性和金属丝的直径都直接影响着天线的电学性能，因此对金属丝网进行力学特性分析是亟待解决的难题。

目前研究金属丝网的力学特性仅仅是通过对金属丝网进行单向或双向拉伸实验，记录其横、纵向的伸长量，得到该金属丝网各向异性的程度等，进而指导丝网的编织，改变丝网的编织形式，最终使其尽可能各向同性。然而，一般情况下金属丝网的用料昂贵，因而通过实验的方法指导丝网编织的方法经济成本过大，且工作效率较低。

ANSYS软件具有完善的有限元接触分析功能，同时还为用户进行二次开发提供了APDL语言，用户可通过APDL语言编写命令组成其命令流文件，方便实现模型的可参数化建模，提高了建模的效率。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种基于有限元法的经编金属丝网力学特性分析，该方法利用有限元法实现对经编金属丝网进行力学特性分析，为指导经编金属丝网的研究提供必要的理论基础，且可降低经编金属丝网的研制成本。

本发明的技术方案：一种基于有限元法的经编金属丝网力学特性分析，包括以下步骤：

步骤1)获取经编金属丝网的最小重复结构的型值点三维坐标：根据经编金属丝网的最小重复结构的线圈结构，确定其型值点x、y、z三维坐标；

步骤2)获取整体的经编金属丝网的型值点三维坐标：首先，根据丝网的编织形式，确定线圈之间的横、纵距和最小重复结构间的拓扑关系，从而确定整体的经编金属丝网的型值点三维坐标；

步骤3)基于步骤2)获得的整体经编金属丝网的型值点三维坐标，建立整体的经编金属丝网的有限元模型：以整体的经编金属丝网的型值点三维坐标作为经编金属丝网建模的关键点坐标，建立其几何模型并对其进行有限元网格划分，最终得到经编金属丝网的有限元模型；

步骤4)基于步骤3)建立的整体经编金属丝网有限元模型，假设拉伸过程中经编金属丝网发生接触的单丝一直处于黏结接触状态且单丝间为交叉接触，对经编金属丝网的有限元模型中处于临界接触的单丝施加接触约束；

步骤5)经编金属丝网的静力学分析：通过对经编金属丝网的有限元模型施加载荷和边界约束，实现其静力学分析。

步骤1)中所述的获取经编金属丝网的最小重复结构的型值点三维坐标的具体步骤为：

步骤1.1)通过摄影测量技术，获取经编金属丝网的高清晰照片；