[发明专利]一种基于实测数据的方形表面微观有限元网格生成方法

说明书

本发明公开了一种基于实测数据的方形表面微观有限元网格生成方法，构建理想方形表面的几何模型和网格模型、创建理想方形表面有限元网格生成脚本文件、计算理想方形表面网格模型中长边方向和宽边方向的节点数、计算实测数据中一个周期内长边方向和宽边方向的测点数、计算理想方形表面长边方向和宽边方向的采样步长、创建采样数据数组、获取理想圆形表面网格模型中的所有节点、修改网格模型中各节点的z坐标、获得方形表面的微观有限元网格模型。对白光干涉仪实测数据进行合理抽样后，可自动构建方形表面的微观有限元网格模型，能有效提高建模效率。

技术领域

本发明涉及接触界面传热数值仿真分析领域，具体来说，涉及一种基于实测数据的方形表面微观有限元网格生成方法。

背景技术

低温风洞内，结构零部件之间存在着多种几何外形、多种尺寸大小的接触界面。接触界面极大提高了该处的接触热阻，严重影响着结构的传热性能。因此，低温结构的热力学分析势必要考虑零部件之间的接触界面传热。接触界面的传热模拟一直是国内外学者的研究热点之一，主要难点在于高精度接触热阻的获取。为获取接触界面的接触热阻，以往一般通过试验进行测量，或直接选用经验值。试验测量不仅需要花费大量的时间，而且成本高昂；直接选用经验值则无法保证热力学分析结果的可靠性和准确性。因此，开展数值仿真方法研究成为获取高精度接触热阻的热门途径。研究表明接触界面存在大量的微细凸起，使得接触界面传热过程中实际接触面积远小于名义接触面积，因此接触界面的精细模拟成为接触传热数值仿真分析的关键和难点之一。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种基于实测数据的方形表面微观有限元网格生成方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于实测数据的方形表面微观有限元网格生成方法，包括以下步骤：

S1、构建理想方形表面的几何模型和网格模型，在通用有限元软件UI界面依次输入关键几何参数，构建理想方形表面的几何模型；输入关键网格参数，利用结构化网格划分方法构建理想方形表面的网格模型；关键参数包括：方形表面的形心(x₀,y₀)、长l₀和宽w₀，网格模型中长边方向的单元数ln和宽边方向的单元数wn；

S2、创建理想方形表面有限元网格生成脚本文件，提取方形表面几何模型和网格模型构建过程中产生的命令流；

S3、计算理想方形表面网格模型中长边方向和宽边方向的节点数；

S4、计算实测数据中一个周期内长边方向和宽边方向的测点数，分析白光干涉仪的实测数据，把所有测点的x、y、z坐标分离出来并组建三个数据文件；分析测点x坐标和y坐标的周期性，获得一个周期内x方向和y方向的测点数，分别为tln和twn；明确测点坐标与理想方形表面长边方向和宽边方向的对应关系，即测点坐标中x方向与理想方形表面的长边方向同向，测点坐标中y方向与理想方形表面的宽边方向同向；把上述三个数据文件导入通用有限元软件中；

S5、计算理想方形表面长边方向和宽边方向的采样步长，获取理想方形表面长边方向的采样步长ls和理想方形表面宽边方向的采样步长ws；

S6、创建采样数据数组，在S2更新的脚本文件中，编程实现双重循环，双重循环包括外循环和内循环，循环完毕后即可得采样数据数组；

S7、获取理想圆形表面网格模型中的所有节点，在S6更新的脚本文件中，编程构建虚拟长方体，使得理想圆形表面网格模型的所有节点均被包含在内，并实现所有节点的获取；

S8、修改网格模型中各节点的z坐标，在S7更新的脚本文件中，利用S6创建的采样数据数组，以采样数据数组长度为循环数，编程实现S7中所选节点z坐标的更改；

S9、获得方形表面的微观有限元网格模型。