[发明专利]一种适用于叶脉模型的参数化建模有限元分析方法

说明书

一种适用于叶脉模型的参数化建模有限元分析方法，涉及一种参数化建模有限元分析方法，该方法包括以下步骤：1）采集外观良好、叶脉清晰的所需植物叶片试样，清洗后使用吸水纸进行干燥化处理；2）试样进行扫描，获得植物叶片的数字化图像；3）使用计算机辅助设计软件AutoCAD对植物叶片试样数字化图像进行处理；4）使用ANSYS参数化设计语言APDL对步骤3）中得到的数据进行参数化建模及有限元分析。本发明按原始叶片建立的模型具有良好的机械性能，且始终能维持较小的内部应变能。从仿生学的角度，将叶脉结构应用实际工程领域，具有非常重要的研究意义和价值。

技术领域

本发明涉及一种参数化建模有限元分析方法，特别是涉及一种适用于叶脉模型的参数化建模有限元分析方法。

背景技术

植物叶脉在自然环境中不断地选择性进化，使得按原始叶片建立的模型具有良好的机械性能，且始终能维持较小的内部应变能。从仿生学的角度，将叶脉结构应用实际工程领域，具有非常重要的研究意义和价值。近年来，扫描技术、计算机辅助设计(ComputerAided Design, CAD)等技术已被广泛应用于产品研究领域，为各种产品提供了数字化模型构建的方法。

ANSYS是通用的有限元分析（FEA）软件，其建模方法通常为由底向上建模，由于其图形化操作步骤的不可逆性，使得研究人员在进行有限元分析时需要进行重复的工作。

APDL参数化建模可以实现设计、分析自动化，通过改变特征参数就能实现系列产品的建模与分析。为了简化操作，基于APDL对ANSYS进行了二次开发，通过创建人机交互图形界面有效提高了ANSYS的可操作性，以叶脉为研究对象进行了有限元参数化建模，利用ANSYS/LS-DYNA求解器、LS-PREPOST后处理器对“滚子-叶脉”系统进行了显式动力学分析。此外，应用APDL二次开发的系统可以有效降低了研究人员后期的修改难度，减少了时间成本并提高了效率，该系统为研究人员对叶脉结构的进一步分析提供了合理的参考依据，为进一步优化叶脉结构拓扑奠定了基础。

目前未见与本发明接近的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于叶脉模型的参数化建模有限元分析方法，本发明利用植物叶片数字化图像来建立叶脉的参数化模型及有限元分析。通过对植物叶片数字化图像的研究，分析出如何提取叶脉坐标点云图，来有效的建立叶脉的参数化模型及有限元分析。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种适用于叶脉模型的参数化建模有限元分析方法，该方法通过对植物叶片数字化图像的研究，分析出如何提取叶脉坐标点云图，来有效的建立叶脉的参数化模型有限元分析，该方法包括以下步骤：

1）采集外观良好、叶脉清晰的所需植物叶片试样，清洗后使用吸水纸进行干燥化处理，使用标本夹进行压制；

2）使用扫描仪对植物叶片试样进行扫描，获得植物叶片的数字化图像；

3）使用计算机辅助设计软件AutoCAD对植物叶片试样数字化图像进行处理，采用点命令创建叶脉的点云图，对叶脉点云图标注坐标，注明正负值，并按一个方向将点云坐标记录到文本文档；

4）使用ANSYS参数化设计语言APDL对步骤3）中得到的数据进行参数化建模及有限元分析。

所述的一种适用于叶脉模型的参数化建模有限元分析方法，所述步骤3）具体为将扫描仪参数优化后得到的植物叶片数字化图像导入AutoCAD软件，选择1：1比例，使用点命令标注点云图时在点样式里将点大小进行调整至足够匹配叶脉，采用基线标注的方法标注点云图。