[发明专利]一种用于贝壳珍珠母微结构有限元分析的建模方法

说明书

本发明涉及一种用于贝壳珍珠母微结构有限元分析的建模方法，本发明实现了有限元高效率与高精度建模，可广泛用于各种类型的有限元分析工作，解决了现有建模方法效率低、精度低的缺点。如在进行Cohesive单元有限元建模、具有尺度效应结构参数化分析有限元建模与大批量网格有限元建模时有很好的适用性。

技术领域

本发明涉及一种用于贝壳珍珠母微结构有限元分析的建模方法，该方法用于有限元仿真分析模型建立。适用对象包括Cohesive单元有限元建模、具有尺度效应结构参数化分析有限元建模及大批量网格有限元建模。

背景技术

有限元分析常用于结构分析，在进行贝壳珍珠母微结构有限元分析过程中，需进行复杂单元建模、具有尺度效应结构参数化分析建模及大批量网格建模，传统建模方法建模难度大、效率低、精度不能满足计算要求。这些问题的存在，使得有限元分析困难较大，目前传统建模主要为以下方法：

通过CAE软件进行建模，首先建立几何模型，再进行网格划分，此部分工作较为繁杂，花费时间较多，效率低；

通过CAE软件建立大批量网格时，网格精度较低，网格规则程度不能满足计算要求，需要进行大量的修补工作，建模效率低；

在对特定单元建模时，如Cohesive单元，通过CAE软件建模实现难度较大；现阶段，对于Cohesive单元建模，一般通过程序对已建好的单元进行处理，在单元间插入Cohesive单元来实现；此种方法可用于小批量单元建模，当对大批量单元建模时，其效率低下。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服上述现有技术的不足，提供一种用于复杂结构建模、参数化建模方法。实现了复杂结构高效率高精度建模，实现有限元模型高效率高精度参数化分析，使有限元分析效率及精度大大提升，满足现阶段贝壳珍珠母微结构有限元分析需求。

本发明的通过以下技术方案予以实现：一种用于贝壳珍珠母微结构有限元分析的建模方法，步骤如下：

(1)根据贝壳珍珠母微结构的几何形状进行有限元网格划分，具体按照零厚度Cohesive单元来模拟贝壳珍珠母微结构中的软结构，利用四节点单元或六面体实体单元来模拟贝壳珍珠母微结构中的硬结构；

(2)确定网格中网格节点序号及网格序号生成方式，网格节点序号及网格序号生成方式相同；根据所述的生成方式确定网格节点序号及网格序号生成函数；

(3)根据网格节点序号及网格序号生成函数结合步骤(1)中划分的有限元网格，确定贝壳珍珠母微结构网格节点序号及网格序号；

(4)根据网格节点序号及网格序号生成方式确定贝壳珍珠母微结构的网格节点数据和网格数据；

所述的网格数据为网格序号及同一网格下的网格节点序号；网格节点数据为网格节点序号及其对应的坐标值；

(5)对生成的网格节点数据及网格数据以及相应材料属性、载荷、边界条件及仿真参数按照有限元分析需要的计算文件格式进行整理，完成建模。

优选的，当步骤(1)中划分的有限元网格为二维网格时，网格节点序号及网格序号生成方式均由两位数进行表达，其中十位数为竖直方向序号，个位数为水平方向序号。

优选的，网格节点序号及网格序号生成函数表达式为：F(x)＝x，F(y)＝y，x代表水平方向序号、y代表竖直方向序号。

优选的，针对零厚度四节点Cohesive单元的重合网格节点处理方式为将重合网格节点假设由原网格节点分裂而成，分裂方向有三个方向，X轴、Y轴及45度方向；其中，X方向Cohesive单元分裂方向为X轴方向，Y方向Cohesive单元分裂方式为Y轴方向，为二节点分裂方式；X与Y相交处节点分裂方向为X轴、Y轴及45度方向，为四节点分裂方式。

优选的，步骤(4)中通过下述方式确定网格节点数据和网格数据：