[发明专利]一种用于耦合分析的波纹管和土体的三维模型网格划分方法

说明书

本发明公开了一种用于耦合分析的波纹管和土体的三维模型网格划分方法，包括获取波纹管和土体的三维模型；节选波纹管和土体的模型单元，将波纹状土体与规则土体分别从土体模型单元中切割出来；根据预设的第一划分条件，得到波纹状土体的实体单元网格；根据预设的第二划分条件，得到规则土体的实体单元网格；以波纹状土体的实体单元网格为基准，通过预设的第一约束条件，得到波纹管外壁壳单元网格；以波纹管外壁壳单元网格为基准，根据预设的第二约束条件，得到波纹管内壁壳单元网格；根据预设的变换条件，将波纹管和土体的单元网格变换为波纹管和土体整体模型的网格。本发明通过对波纹状土体单元进行精细化的网格划分来提高网格划分的精度和效率。

技术领域

本发明属于流固耦合技术领域，具体涉及一种用于耦合分析的波纹管和土体的三维模型网格划分方法。

背景技术

现阶段市政排水领域，HDPE双壁波纹管因其耐腐蚀、水力效应好、经济、易安装等优点被广泛运用。实际应用中，对双壁波纹管的数值模拟研究常将双壁波纹管简化为直壁管道，研究指出，双壁波纹管特殊的截面构造将使其受力变形不同于普通直壁管道；而对其力学响应的研究常常只考虑单一因素对管道变形的影响，实际上管道运行过程中会同时受多物理场的条件影响，管道内含砂粒的污水水体、上覆土压力和管外荷载等多种荷载的共同作用。

因此，基于多物理场的有限元展开分析运行荷载条件下真实的HDPE双壁波纹管等管道和管网系统在土压力—交通载荷—流体载荷耦合作用下的受力变形响应等致灾机理。在耦合分析计算前，对波纹管和土体的模型进行网格划分是必要的步骤。

发明内容

为了克服现有技术中的问题，本发明提供一种用于耦合分析的波纹管和土体的三维模型网格划分方法，旨在解决基于多物理场的有限元展开分析的耦合分析时波纹管和土体的三维模型网格划分的技术问题。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于耦合分析的波纹管和土体的三维模型网格划分方法，包括：

获取波纹管和土体的三维模型；其中，所述土体包括与所述波纹管外壁形状适应的波纹状土体和规则土体；

节选土体的模型单元，将波纹状土体与规则土体分别从土体模型单元中切割出来；

根据预设的第一划分条件，得到波纹状土体的实体单元网格；根据预设的第二划分条件，得到规则土体的实体单元网格，实现土体的实体单元网格划分；

以所述波纹状土体的实体单元网格为基准，通过预设的第一约束条件，得到波纹管外壁壳单元网格；以所述波纹管外壁壳的单元网格为基准，根据预设的第二约束条件，得到波纹管内壁壳单元网格，实现波纹管的实体单元网格划分；

根据预设的变换条件，将波纹管和土体的单元网格变换为波纹管和土体整体模型的网格。

进一步地，所述根据预设的第一划分条件，得到波纹状土体的实体单元网格，包括：

设定第一划分条件：

在所述波纹状土体的模型单元中选取一个待切割的横截面作为第一基准面，将垂直于所述第一基准面的方向定义为第一方向；

以第一基准面为基准平面，将所述波纹状土体的模型沿第一方向进行逐层切割，得到波纹状土体节点缩减的区域，形成多层波纹状土体的切割子单元；

在波纹状土体截面处布置网格，所述网格的大小与预设的计算精度相适应，进而生成波纹状土体的面网格；

将面网格沿第一方向进行扫略，生成波纹状土体完整模型的实体单元。

进一步地，在第一基准平面上沿远离波纹状土体的方向逐渐缩减波纹状土体的节点数量，节点数量缩减使得网格尺寸不断扩大，单元网格数量相应的成倍减小，进而得到第一基准平面上的土体波纹状节点和网格划分；