[发明专利]一种含弹簧单元的柔性仿生翼有限元建模方法

说明书

一种含弹簧单元的柔性仿生翼的有限元建模方法，至少包括如下步骤：(1)通过绘制草图、生成部件，建立模型A和模型B；(2)分别赋予部件截面性质、材料参数，创建装配体；(3)设置约束条件，绑定模型A和模型B为模型C；(4)定义弹簧单元，选择两节点弹簧单元Spring2，并分别设置每个节点在不同自由度方向上的刚度；(5)定义分析步，设置边界条件、施加载荷、划分网格；(6)创建作业，提交计算。

技术领域

本发明涉及一种有限元建模方法，具体涉及一种含两节点弹簧单元的柔性仿生翼有限元建模方法。

背景技术

自然界中的昆虫翅膀轻薄柔软，又具有优秀的结构性能，是仿生翼的主要模仿对象。其中，翅膀的柔性不仅与材料相关，还得益于翅脉之间的连接方式。实验表明在大部分昆虫翅膀的翅脉节点处分布丰富的软物质。它的弹性模量显著低于翅脉和翅膜，并具有高弹性。传统仿生翼的建模方法主要关注翅膀上的翅脉和翅膜两个主要组成部分，缺乏细节的设置，往往忽略翅脉节点处的软物质及其柔性。这种仿生翼模型直接采用骨架之间固结或铰接的方式连接，不能准确反应出昆虫翅膀整体的刚度分布及变形等力学性能。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明提供一种含弹簧单元的柔性仿生翼的有限元建模方法，至少包括如下步骤：

(1)通过绘制草图、生成部件，建立模型A和模型B；

(2)分别赋予部件截面性质、材料参数，创建装配体；

(3)设置约束条件，绑定模型A和模型B为模型C；

(4)定义弹簧单元，选择两节点弹簧单元Spring2，并分别设置每个节点在不同自由度方向上的刚度；

(5)定义分析步，设置边界条件、施加载荷、划分网格；

(6)创建作业，提交计算；

所述刚度为线性或非线性。

在一些实施方式中，所述步骤(1)中，建立模型A，模型A为仿生翼骨架结构，根据昆虫翅膀上翅脉的拓扑分布，绘制仿生翼骨架结构草图，导入Abaqus软件，创建3D-deformable-wire类型的部件。

在一些实施方式中，所述步骤(1)中，建立模型B，模型B为仿生翼蒙皮结构，根据昆虫翅膀上翅膜的拓扑形状，绘制可覆盖模型A的蒙皮结构草图，导入Abaqus软件，创建3D-deformable-shell类型的部件。

在一些实施方式中，所述步骤(2)中，对于模型A，赋予圆形、矩形或环状截面；对于模型B，赋予均匀厚度、变厚度或层状壳截面。

在一些实施方式中，所述步骤(3)中，限制模型A和模型B之间的相对位移和转动。

在一些实施方式中，比较模型A和模型B的刚度，其中刚度较大的作为主控面，刚度较小的作为从属平面；

在一些实施方式中，所述步骤(3)中，限定模型A的表面为主控面，模型B所有节点所在平面为从属表面，设置主控面和从属表面之间的容差值，离散方式选择点对面的方式。

在一些实施方式中，所述步骤(3)中，限定模型B的表面为主控面，模型A所有节点所在平面为从属表面，设置主控面和从属表面之间的容差值，离散方式选择点对面的方式。

在一些实施方式中，所述步骤(4)中，选择模型A中骨架连接处的、分别位于纵向骨架与横向骨架上的两个节点，建立两节点弹簧单元Spring2。

在一些实施方式中，对模型A的纵向骨架与横向骨架进行分割，并建立相应的节点集合。

在一些实施方式中，分别从两个节点集合中选择坐标相同的两个节点，依次添加两节点弹簧单元。

在一些实施方式中，指定两节点弹簧单元的固定方向为轴向。