[发明专利]一种评测乔木枝干抗风载折断性的计算方法有效
申请号: | 202110513087.2 | 申请日: | 2021-05-11 |
公开(公告)号: | CN113378427B | 公开(公告)日: | 2023-03-10 |
发明(设计)人: | 周明涛;李亚宁;穆歌;吴江涛;许文年;胡旭东 | 申请(专利权)人: | 三峡大学 |
主分类号: | G06F30/23 | 分类号: | G06F30/23;G06F119/14 |
代理公司: | 宜昌市三峡专利事务所 42103 | 代理人: | 李登桥 |
地址: | 443002 *** | 国省代码: | 湖北;42 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 评测 乔木 枝干 抗风载 折断 计算方法 | ||
1.一种评测乔木枝干抗风载折断性的计算方法,其特征在于,它包括以下步骤:
步骤一,建立乔木枝干初始几何模型;
步骤二,划分乔木枝干有限元网格;
步骤三,建立风域模型;
步骤四,确定乔木枝干、风材料参数;
步骤五,装配风-乔木枝干有限元模型;
步骤六,定义风-乔木枝干有限元模型分析步及场输出;
步骤七,定义风-乔木枝干有限元模型相互作用;
步骤八,定义风-乔木枝干有限元模型边界条件;
步骤九,提交工作任务,进行求解计算;
步骤十,提取风-乔木枝干有限元模型的计算结果;
步骤十一,定义乔木枝干风载折断破坏标准;
步骤十二,评测乔木枝干抗风载折断性;
所述步骤一中建立乔木枝干初始几何模型,其几何模型是在笛卡尔坐标系中建立的,包括乔木树干部分与树枝部分,具体步骤如下:
步骤1.1:创建乔木树干:在商业软件Creo中,选择top平面及right平面,创建中心轴Z;选择top平面进行草绘,以坐标(0,0,0)为原点,沿Y轴正方向创建高度为H的线段L1,选择确定;选择线段L1,进行扫描混合;点选截面选项中的截面1,进行草绘,以界面坐标中心为圆心,创建顶径为r的圆,选择确定;在截面选项中插入截面2,进行草绘,以截面坐标中心为圆心,创建底径为R的圆,选择确定;再次选择确定,完成乔木树干的创建;
步骤1.2:创建乔木树枝z1:选择front平面进行草绘,以界面坐标中心为原点,创建任意方向的线段a1;以a1与中心轴Z为参照,创建平面x1;选择x1平面进行草绘,在线段L1自底向上h1处创建线段l1,线段l1与中心轴Z夹角为θ,0°θ180°,选择确定;选择线段l1,进行扫描混合:点选截面选项中的截面1,进行草绘,以界面坐标中心为圆心,创建顶径为r11的圆,选择确定;在截面选项中插入截面2,进行草绘,以截面坐标中心为圆心,创建底径为R12的圆,选择确定,再次选择确定;完成乔木单个树枝的创建;
步骤1.3:创建乔木同层多个分枝:选择树枝z1进行阵列,选择阵列类型为轴,选择中心轴Z为阵列轴,阵列成员数为n,n为自然数,成员间的角度为360°/n,选择确定,完成乔木同层多个树枝的创建;
步骤1.4:创建乔木多层树枝:重复步骤1.2与步骤1.3,完成乔木多层树枝的创建;
步骤1.5:导出乔木模型:另存为Parasolid格式文件;
所述步骤二中划分乔木枝干有限元网格,包括乔木树干部分、树枝部分网格划分,具体步骤如下:
步骤2.1:进入Hypermesh软件,在User Profiles选择abaqus,explicit,选择ok;在Hypermesh导入乔木模型Parasolid格式文件;
步骤2.2:创建component,命名为2d;
步骤2.3.1:切割树枝部分:选择主界面Geom中的solid edit,选择trim with ines,选择with bounding lines中的solid,选中几何模型,选择lines,选择几何模型中树枝与树干交接处的边界线,选择trim,完成乔木树枝的切割;
步骤2.3.2:树枝部分顶端与底端2d面的复制:选择主界面Tool中的mask,选择solid类型,选择除需要划分树枝网格的solid部分,选择mask,选择界面中的orgnaize,选择surf类型,dest component选择2d,选择主界面中树枝顶端与底端的面,选择copy,完成树枝部分顶端与底端2d面的复制;
步骤2.3.3:树枝部分2d面切割:选择主界面Tool中的mask,选择solid类型,选择需要划分树枝网格的solid部分,选择mask,选择主界面Geom中的quick edit,选择add pointon line,选择界面中树枝底端2d面边界线,添加4点,使2d面的边界线等分为4条曲线,选择split surf-node,选择边界线中的点与对角点,选择split surf-line,选择边界线中另外两点任意一点与对角点连线生成的线段;选择最后一点与上一操作中生成的线段,重复步骤2.3.3,切割树枝顶端2d面;
步骤2.3.4:树枝部分2d面网格划分:选择主界面的2D工具,选择automesh,选择树枝底端2d面,选择mesh;在树枝底面自由边界平均添加4个种子,此时自由边界上种子数都为2;选择mesh style中的elem type,选择qusds only,选择set all,选择mesh,重复步骤2.3.4,完成树枝顶端2d面的网格划分;
步骤2.3.5:单个树枝3d网格的生成:选择主界面中的3D工具,选择solid map,选择linear solid,选择elems to drag,选中界面中树枝底端的2d网格,选择elems to match,选中树枝顶端2d网格,选择along parameters-density为m,并根据需要选择网格密度,选择mesh,生成树枝3d网格;在界面左侧中选中2d component,选择delete,生成单个树枝3d网格;
步骤2.3.6:生成乔木同层多个分枝网格:选择主界面中tool中的position,选择elems类型,选中步骤5中生成的树枝3D网格,在from中选择树枝底端上侧N1、树枝顶端上侧N2、树枝顶端下侧N3,在to中选择同层其余未划分网格的树枝三点树枝底端上侧N1、树枝顶端上侧N2、树枝顶端下侧N3,点击elems,再次点击elems,选择duplicate,选择original comp,选择position,重复步骤2.3.6,创建同层其余树枝网格;
步骤2.3.7:树枝部分3d网格的生成:重复步骤2.2与步骤2.3.1-2.3.6;
步骤2.4.1:切割树干部分:步骤2.3所有树枝部分切割完成后,即完成对树干部分的切割;
步骤2.4.2:树干部分顶端与底端2d面的复制:选择主界面Tool中的mask,选择solid类型,选择除需要划分树干网格的solid部分,选择mask,选择界面中的orgnaize,选择surf类型,dest component选择2d,选择主界面中树干顶端与底端的面,选择copy,完成树干部分顶端与底端2d面的复制;
步骤2.4.3:树干部分2d面切割:选择主界面Tool中的mask,选择solid类型,选择需要划分树干网格的solid部分,选择mask,选择主界面Geom中的quick edit,选择add pointon line,选择界面中树干底端2d面边界线,添加4点,使2d面的边界线等分为4条曲线,选择split surf-node,选择边界线中的点与对角点,选择split surf-line,选择边界线中另外两点任意一点与对角点连线生成的线段;选择最后一点与对角点连线生成的线段,重复步骤2.4.3,完成对树干顶端2d面的切割;
步骤2.4.4:树干部分2d面网格划分:选择主界面的2D工具,选择automesh,选择树干底端2d面,选择mesh;在树干底面自由边界平均添加4个种子,此时自由边界上种子数都为2;选择mesh style中的elem type,选择qusds only,选择set all,选择mesh,重复步骤2.4.4,生成树干顶端2d网格;
步骤2.4.5:树干部分3d网格的生成:选择主界面中的3D工具,选择solid map,选择linear solid,选择elems to drag,选中界面中树干底端的2d网格,选择elems to match,选中树干顶端2d网格,选择along parameters-density为a,并根据需要选择网格密度,选择mesh,生成树干3d网格;在界面左侧中选中2d component,选择delete;
步骤2.5:树枝部分component:创建新的component,重命名为z;选择主界面中的origanize,选择elems,选中所有树枝部分的3D网格,在origanize界面中dest component中选择z,选择move,完成树枝部分component创建;
步骤2.6:树干部分component:创建新的component,重命名为g;选择主界面中的origanize,选择elems,选中所有树干部分的3D网格,在origanize界面中dest component中选择g,选择move,除命名为z与g的component外,选中其余component,选择delete;
步骤2.7.1:乔木inp文件的导出:在主界面中选择export solver deck,选择file,确定保存路径,文件格式为inp,保存名为zg;
步骤2.7.2:树干部分inp文件的导出:在model中选中z-component,选择delete,剩下g-component,重复步骤2.7.1,保存名为g;
步骤2.7.3:树枝部分inp文件的导出:选中g-component,选择delete;在主界面中选择import solver deck,选择保存的zg.inp文件,在model中选中g,选择delete,剩下z-component,重复步骤2.7.1,保存为z;
所述步骤三中建立风域模型,在abaqus中创建长宽高为b1、b2、b3的三维欧拉实体模型,作为风域,创建的风域范围大于乔木尺寸范围;在网格模块中,选择对象为欧拉部件,在种子部件中的尺寸控制中输入q,尺寸控制在与乔木网格尺寸相近,选择确定,选择为部件划分网格,选择是。
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