[发明专利]一种金属网套的三维建模方法及其等效模型建模方法

说明书

一种金属网套的三维建模方法及其等效模型建模方法，考虑金属网套中金属丝交叠编织的情况，建立金属网套金属丝的运动轨迹方程，由金属丝的运动轨迹方程构建得到金属网套三维模型，根据金属网套三维模型结合金属丝受力分析，得到金属网套受力的等效模型，用于有限元分析。本发明提出一种金属网套的三维建模方法，解决了丝与丝之间干涉、丝与丝之间接触过多影响后续有限元计算准确度的问题，提高了计算效率，以金属网套的轴向刚度为目标，建立金属网套的丝‑股等效模型，等效模型在线性阶段可以很好的吻合实验结果，提高了有限元分析的准确度。

技术领域

本发明属于计算机技术领域，涉及对金属网套的仿真建模，为一种基于轴向刚度理论的金属网套用等效建模方法。

技术背景

金属软管是波纹管、网套和接头的组合，金属网套是由若干根金属丝或者金属带以一定的螺旋角编织套装在波纹管的外表面，是金属软管的重要组成部分，起到加强、屏蔽的作用，金属网套不但提高了软管的承载能力，还能承受较大的轴向拉力，可以弥补波纹管轴向刚度不足的缺点。

近些年来随着计算机仿真技术的发展，在软件中完成金属网套的设计开发及性能验证可以极大缩短研发周期。为了获得更为准确的性能分析结果，建立一个有效实用的金属网套建模方法至关重要。但对于金属网套这一部件仿真建模时，在金属网套丝数较多的情况下，建立3D模型会造成丝和丝之间相互干涉，同时在有限元计算中，太多丝和丝之间的接触也会导致有限元计算的不收敛，因此需要对金属网套进行等效。

金属网套中，多根金属丝汇成一股，再由股编织成金属网套，目前大部分研究人员在做金属网套的有限元计算时会以金属网套的股作为单元建模，而不以丝作为单位建模，但对于金属网套的性能而言，实际受力的是每股丝中的每一根丝，这导致以股为单位的模型在有限元分析中的准确度受到影响。

发明内容

本发明要解决的问题是：现有金属网套的建模在丝数较多的情况下，模型的丝之间存在干涉；另外，现有以股为单元建模的方法会影响有限元分析的准确性。本发明对此提出了一种金属网套建模方法，以及其等效模型的建立方法。

本发明的技术方案为：一种金属网套的三维建模方法，包括以下步骤：

1)考虑金属网套中金属丝交叠编织的情况，建立金属网套金属丝的运动轨迹方程；

2)对运动轨迹曲线进行扫描，得到单根丝的螺旋线；

3)对单根丝以设定角度进行圆周阵列,得到一股钢丝；

4)以一股钢丝为单位再进行等距的圆周阵列,得到完整的金属网套。

进一步的，金属网套金属丝的运动轨迹方程为：

式中，r₀为金属网套半径，θ为旋转角度，即单根丝与水平方向的夹角，p为单根丝螺旋线的螺距，N为金属丝在编织中的起伏次数，h为起伏高度。

基于上述建模方法得到的金属网套三维模型，本发明还提出一种金属网套的等效建模方法，对金属网套建立有限元分析等效模型，取金属网套中单丝来分析轴向刚度，并将金属丝股看成梁来进行受力分析，将多丝受力和单股受力等效，进而得到金属网套的受力等效模型。