[发明专利]一种针对箱体类零件的模态分析有限元网格密度优选方法及系统

说明书

本发明涉及一种针对箱体类零件的模态分析有限元网格密度优选方法及系统，包括：步骤S1：对箱体类零件进行几何模型简化，并赋予其材料属性；设定一低网格密度；步骤S2：以设定的网格密度对简化后的几何模型进行网格划分并提取有限元模型的大小规模，计算自由模态并提取前k阶非刚体模态的固有频率；步骤S3：采用模态收敛判断公式判断当前有限元模型的网格密度是否足够，若否，则提升设定的网格密度并返回步骤S2；若是，则输出当前的网格密度。本发明可在保证计算精度的前提下对有限元网格密度进行快速优选。

技术领域

本发明涉及箱体类零件设计领域，特别是一种针对箱体类零件的模态分析有限元网格密度优选方法及系统。

背景技术

模态分析是最基本的动态特性分析，是谐响应分析、瞬态分析等其他动态特性分析的基础。模态分析的任务是提取出结构的固有频率、振型和阻尼比等固有特性，从而为避免结构共振等不良状态提供理论依据。由于有限元方法是将拥有无限个自由度的结构近似为拥有有限个自由度的结构，所以仿真计算的固有频率往往会比实际更高。在网格密度不足时，会出现固有频率过高甚至模态丢失的不良后果；相反在网格密度过高时，计算量过大造成时间浪费。因此需要对不同结构的箱体类零件有限元网格密度进行优选。

目前对于有限元网格密度的选择通常需要设计人员依据经验进行试算，对于网格密度足够与否没有一个定量的标准，只能由后续的现场实验结果比对进行判断。通常设计人员为保证计算精度，会选择偏高的网格密度从而导致计算效率低下与算力浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种针对箱体类零件的模态分析有限元网格密度优选方法及系统，可在保证计算精度的前提下对有限元网格密度进行快速优选。

本发明采用以下方案实现：一种针对箱体类零件的模态分析有限元网格密度优选方法，包括以下步骤：

步骤S1：对箱体类零件进行几何模型简化，并赋予其材料属性；设定一低网格密度(例如100至2000节点数(视模型尺寸而定))；

步骤S2：以设定的网格密度对简化后的几何模型进行网格划分并提取有限元模型的大小规模，计算自由模态并提取前k阶非刚体模态的固有频率；

步骤S3：采用模态收敛判断公式判断当前有限元模型的网格密度是否足够，若否，则提升设定的网格密度并返回步骤S2；若是，则输出当前的网格密度。

进一步地，步骤S1中，所述几何模型简化具体为：删除倒角、倒圆和螺钉孔。

进一步地，步骤S1中，所述材料属性包括弹性模量、泊松比、密度。

进一步地，步骤S2中，所述有限元模型的大小规模包括模型节点总数、单元总数和自由度总数。

进一步地，步骤S2中，所述k的取值范围为3-6。

进一步地，当所述大小规模为节点总数时，步骤S3中的提升设定的网格密度具体为：将当前的节点数提升为前一模型的1.2至1.5倍。

进一步地，步骤S3中，所述模态收敛判断公式为：

式中，N_f为上一个有限元模型的大小规模，可为模型节点总数、单元总数或自由度总数；f_n为上一个模型的前k阶非刚体模态固有频率值，N_F为当前有限元模型的大小规模，可为模型节点总数、单元总数或自由度总数；F_n为当前模型的前k阶非刚体模态固有频率值；C为固有频率相对于有限元模型大小规模的变化率的判断阀值；k为代入计算的非刚体模态阶数，按照计算精度的需求可取3至6。

进一步地，所述C的取值范围为0.01-0.03。