[发明专利]一种模拟螺纹配合的六面体有限元网格划分方法

说明书

本发明所涉及的模拟螺纹配合表面几何特征的六面体有限元网格划分方法，首先根据螺纹表面与螺纹轴线的距离变化规律，确定单层螺纹横截面轮廓线，将螺纹的最小特征确定轴向有限元网格尺寸；然后根据单螺距内轴向划分的网格层数与相邻层之间的旋转角度关系确定周向有限元网格数量，通过螺栓螺纹端面四边形网格拉伸，形成单层六面体网格，对其进行复制、旋转、节点替代得到单螺距螺栓六面体网格模型；最后再根据公母螺纹齿数，对单螺距网格做复制、平移得到完整螺栓螺纹部分的六面体网格模型。因此，本发明的六面体有限元网格划分方法无须建立公母螺纹的实体三维模型，无须大量节点坐标计算。

技术领域

本发明涉及有限元仿真技术领域，具体涉及模拟螺纹配合的六面体有限元网格划分方法。

背景技术

螺纹连接是一种广泛使用的可拆卸的固定连接，具有结构简单、连接可靠、装拆方便等优点。

在车身和底盘连接形式(螺纹联接、焊接、铆接、胶粘等)中，最常见且应用最广泛的方式是螺纹联接，其联接性能的好坏直接影响整车的振动模态和安全性能。由于螺纹联接工作时的压紧力和摩擦力矩等物理量无法直接被测量，利用有限元仿真技术对其进行应力分析、疲劳分析，就成为研究车身-底盘系统联接件松动原理的必经之路。

现有技术中也有解决上述问题的技术方案，例如：1)将锥螺纹接头通过创建参考面与模型表面生成交线，划分六面体网格，但必须建立螺栓螺母的三维模型，网格质量和仿真精度受限于三维模型的准确程度；2)在有限元软件中对螺栓模型的关键几何尺寸进行参数化设定，但该方法较为复杂，坐标计算量大。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种无须建立实体螺纹三维模型的模拟螺纹配合的六面体有限元网格划分方法。

本发明提供的模拟螺纹配合的六面体有限元网格划分方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，采集螺栓和螺母配合状态下一个螺距内螺纹轴向横切面中的结构尺寸；

步骤二，获取螺栓和螺母的径向截面中螺纹牙顶和螺纹牙底上所有点到螺纹轴线的距离的变化规律，然后根据结构尺寸和变化规律，通过CATIA或UG制图软件绘制螺栓与螺母配合时啮合端面上的螺栓外螺纹轮廓线、螺母内螺纹轮廓线、螺栓网格分界线以及螺母网格分界线，得到平面图形；

步骤三，将螺纹牙顶作为最小局部特征，根据最小局部特征确定网格的轴向尺寸l和单螺距内网格的层数N，根据层数N及周向网格节点的重合关系，确定螺栓外螺纹轮廓线上的节点数量n；

步骤四，通过CATIA或UG制图软件给平面图形添加一个轴向尺寸l，将平面图形导入有限元软件HYPERMESH，通过quick edit功能，使得螺栓网格分界线以外的椭圆环体被节点径向连接形成的n个面均分，从而得到网格实体；

步骤五，在有限元软件HYPERMESH中，通过automesh功能，根据所述节点将所述网格实体的端面自动划分二维平面四边形网格；

步骤六，在有限元软件HYPERMESH中，通过linear solid功能，将二维平面四边形网格轴向拉伸一个轴向尺寸l，生成所述端面上的一层六面体网格；

步骤七，在有限元软件HYPERMESH中，先通过translate功能，复制步骤六所述六面体网格中的螺栓网格分界线之外的六面体网格，并轴向平移所述轴向尺寸l，再通过rotate功能，将复制得到的所述螺栓网格分界线之外的六面体网格以螺栓的中心轴为轴心沿螺纹变化方向旋转一个网格层错角，然后复制步骤六所述六面体网格中的螺栓网格分界线以内的六面体网格并直接沿轴向平移轴向尺寸l，得到第二层六面体网格；

步骤八，在有限元软件HYPERMESH中，通过replace功能，替换步骤七螺纹啮合区域六面体网格中螺纹啮合表面上的使相邻两层六面体网格表面不连续的节点；