[发明专利]一种用于杆端关节刚度计算的自由型面网格划分方法

说明书

本发明公开了一种用于杆端关节刚度计算的自由型面网格划分方法，包括对自由型面的尖角区进行钝化处理，以第一圆弧段中点、第二圆弧段与第一直线段交点、第三圆弧段中点为基础控制点，将自由型面进行分段；从基础控制点向杆端关节本体方向延伸出基础控制线，从而通过基础控制线将二维截面上位于自由型面内侧的面域切割为多个闭合或不闭合的子面域；将子面域分别进行四面体网格布局形成全截面网格布局；本发明对包含尖角区的自由型面进行网格划分处理，通过钝化处理提高了尖角区刚度计算过程中的精度，通过对自由型面的分段处理，更好的对自由型面进行了面域切割，提高了自由型面后续有限元分析及刚度计算过程中的精度及计算效率。

技术领域

本发明涉及有限元分析的网格划分技术领域，具体涉及一种用于杆端关节刚度计算的自由型面网格划分方法。

背景技术

杆端关节是一种安装于杆端的柔性连接，包括连杆关节和牵引杆关节、旋翼柔性连接，被广泛应用于轨道交通和航空航天等领域的操纵和动力传递系统中；杆端关节通常是由芯轴、隔片、外接头和橡胶硫化而成，按照结构形式分为单层杆端关节和多层杆端关节，其中，多层杆端关节是指包含多层橡胶和多层隔片的金属橡胶硫化杆端轴承，多层杆端关节具备更好的多轴承载能力，可以同时承受较大的径向载荷、轴向载荷、扭转载荷和偏转载荷等复合载荷。

多层杆端关节在开发过程中，杆端轴承疲劳寿命的评估是非常关键的项点。杆端轴承疲劳寿命的评估有试验法和有限元仿真分析法，考虑到试验法的周期及成本，目前有限元仿真分析法应用越来越广泛，在前期预研和设计阶段采用有限元仿真分析法代替试验测试，减少试制和试验次数，提高杆端轴承的一次性设计成功率，缩短杆端轴承的开发周期，降低杆端轴承的开发成本。

多层杆端关节疲劳寿命的仿真分析难点在于分析的精度及效率，如何保证既能保证计算结果的准确性，又能提高仿真分析的效率，网格划分尤为重要，按照常规网格划分的方法，是对每层橡胶和每层隔片单独划分二维和三维网格，该方法对于这类多层结构杆端轴承的网格划分效率较低，尤其有些旋翼柔性连接杆端轴承有三十多层橡胶和隔片，仅划分网格就需要一周时间，因此，常规的网格划分方法难以平衡满足该类多层杆端关节的仿真精度及效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于杆端关节刚度计算的自由型面网格划分方法，解决了杆端关节中橡胶层与隔片层间刚度计算精度不足，从而导致的仿真分析数据不准确、效率不高的问题。

本发明为了解决现有技术问题所采用的技术方案如下：

提供一种用于杆端关节刚度计算的自由型面网格划分方法，包括：获取杆端关节二维截面及自由型面，所述自由型面包括尖角区，所述尖角区至少包括相交的第一圆弧段和第二圆弧段、与所述第二圆弧段相交的第一直线段及与所述第一直线段另一端相交的第三圆弧段；

对所述自由型面的尖角区进行钝化处理，所述钝化处理包括将所述第二圆弧段与所述第一圆弧段的交点拖至所述第一圆弧段中点；

以所述第一圆弧段中点、第二圆弧段与第一直线段交点、第三圆弧段中点为基础控制点，将所述自由型面进行分段；

从所述基础控制点向杆端关节本体方向延伸出基础控制线，从而通过基础控制线将二维截面上位于自由型面内侧的面域切割为多个闭合或不闭合的子面域；

将所述子面域分别进行四面体网格布局形成全截面网格布局。

进一步地，从所述第一圆弧段中点延伸出基础控制线时，具体包括以下步骤：

获取所述第一圆弧段中点及自由型面内侧端点、第二圆弧段中点，连接所述第一圆弧段中点及端点，形成第一辅助线；连接所述第二圆弧段中点及第一圆弧段中点，形成第二辅助线；所述第一辅助线与第二辅助线形成夹角α，以所述第一圆弧段中点为起点，做角度为α/2的直线为第一基础控制线。

进一步地，从所述第三圆弧段中点延伸出基础控制线时，具体包括以下步骤：