[发明专利]基于ABAQUS的杯型砂轮三维参数化几何建模方法

说明书

本发明公开了一种基于ABAQUS的杯型砂轮三维参数化几何建模方法：测量真实金刚石杯型砂轮几何尺寸，定义砂轮几何模型尺寸；观测砂轮表面形貌，计算砂轮磨粒平均间距，定义六面体磨粒模型；对砂轮几何模型划分网格，建立六面体虚拟格子；初始定位六面体磨粒中心面位于六面体虚拟格子外表面，六面体磨粒在虚拟格子内移动；根据实际磨粒出刃高度，移动磨粒满足条件，确定砂轮三维几何形貌模型；编写GUI插件，调用插件生成杯型砂轮参数化建模输入界面；GUI界面输入参数，自动生成砂轮三维几何形貌模型。本发明采用六面体磨粒这一种几何形状，与实际金刚石杯型砂轮非常接近，用在数值仿真中，可以更准确的预测和评价砂轮的磨削结果及性能。

技术领域

本发明属于计算机三维虚拟建模领域，更具体的说，是涉及一种杯型砂轮参数化虚拟几何建模方法，特别是一种基于ABAQUS的杯型砂轮三维参数化几何建模方法。

背景技术

磨削加工过程可视为磨粒与工件的相互干涉导致材料去除的过程，即砂轮表面的大量磨粒共同参与加工过程达到材料去除的整体效果。由于磨粒在砂轮上的排列位置、自身形状、大小、磨削刃的个数的随机性，以及真实磨削加工中磨粒的自励作用、不同工艺参数的可选择性等因素，使得原本复杂的磨削加工过程变的更繁琐，难以对完整砂轮与工件加工过程中对研究对象的实时监测。因此将简化的六面体磨粒模型代替复杂变化的真实磨粒形状以建立金刚石杯型砂轮模型，以便在ABAQUS软件中定量模拟杯型砂轮的磨削过程。但金刚石杯型砂轮的建模过程过于繁琐，对于软件使用者的要求较高，且模型建立不便于后期多次使用，基于以上现状，研究了一种基于ABAQUS的杯型砂轮三维参数化几何建模方法。杯型砂轮的三维仿真技术可以创建契合度高的磨削工况，再现材料和砂轮相互作用过程，进而更加合理的揭示磨削加工机理。

选用美国达索公司的ABAQUS工程模拟有限元软件实现杯型砂轮的三维仿真技术。ABAQUS是一套功能强大的工程模拟有限元分析软件，其非线性分析、计算功能强大，可解决线性和复杂的非线性问题。由于ABAQUS优秀的分析能力和模拟复杂系统的可靠性，使得ABAQUS被各国的工业和研究中所广泛的采用。通过编写内核脚本来实现整个有限元建模过程是ABAQUS二次开发的途径之一。ABAQUS软件本身拥有良好的应用程序接口，而它是Python语言的一个扩展接口。利用该接口来开发的应用程序可以创建友好的人机交互界面，进而实现对软件内核的操作。

ABAQUS软件包含一个基于特征的几何造型系统，在此系统模块下可以建立简单的几何模型。但其三维建模功能有限，对于复杂的三维模型一般需要借助其他CAD软件建模，然后将其保存为中间格式(stp/step或igs格式)后倒入ABAQUS软件编辑调用。这不仅要求ABAQUS用户兼备熟练使用CAD软件的基础，也对所使用计算机的硬件配置有了更高的要求。因不同软件间的兼容性和识别能力所限，会影响后续分析的网格划分和复杂杯型砂轮三维模型的建立过程，使得几何建模更加耗时、繁琐。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提出一种基于ABAQUS的杯型砂轮三维参数化几何建模方法，不仅减少用户对CAD软件的依赖性和必要性，降低使用计算机硬件要求，避免不同软件间兼容性和重复识别能力的弊端，有更强的人机交互界面，还大大减少了用户的几何建模时间，实现了在ABAQUS软件中一键生成杯型砂轮三维模型的功能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明基于ABAQUS的杯型砂轮三维参数化几何建模方法，包括以下步骤：

步骤一：测量真实金刚石杯型砂轮的几何尺寸，定义金刚石杯型砂轮几何模型的尺寸；

步骤二：观测金刚石杯型砂轮表面形貌，结合砂轮浓度，计算砂轮磨粒的平均间距，以此定义六面体磨粒模型；

步骤三：对金刚石杯型砂轮几何模型进行网格划分，建立六面体虚拟格子；

步骤四：初始定位六面体磨粒的中心面位于六面体虚拟格子的外表面，使六面体磨粒在虚拟格子内移动；