[发明专利]一种模拟螺纹配合的六面体有限元网格划分方法

摘要

本发明所涉及的模拟螺纹配合表面几何特征的六面体有限元网格划分方法，首先根据螺纹表面与螺纹轴线的距离变化规律，确定单层螺纹横截面轮廓线，将螺纹的最小特征确定轴向有限元网格尺寸；然后根据单螺距内轴向划分的网格层数与相邻层之间的旋转角度关系确定周向有限元网格数量，通过螺栓螺纹端面四边形网格拉伸，形成单层六面体网格，对其进行复制、旋转、节点替代得到单螺距螺栓六面体网格模型；最后再根据公母螺纹齿数，对单螺距网格做复制、平移得到完整螺栓螺纹部分的六面体网格模型。因此，本发明的六面体有限元网格划分方法无须建立公母螺纹的实体三维模型，无须大量节点坐标计算。

主权项

1.一种模拟螺纹配合的六面体有限元网格划分方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，采集螺栓和螺母配合状态下一个螺距内螺纹轴向横切面中的结构尺寸；步骤二，获取所述螺栓和所述螺母的径向截面中螺纹牙顶和螺纹牙底上所有点到螺纹轴线的距离的变化规律，然后根据所述结构尺寸和所述变化规律，通过CATIA或UG制图软件绘制所述螺栓与所述螺母配合时啮合端面上的螺栓外螺纹轮廓线、螺母内螺纹轮廓线、螺栓网格分界线以及螺母网格分界线，得到平面图形；步骤三，将所述螺纹牙顶作为最小局部特征，根据所述最小局部特征确定网格的轴向尺寸l和单螺距内网格的层数N，根据所述层数N及周向网格节点的重合关系，确定所述螺栓外螺纹轮廓线上的节点数量n；步骤四，通过CATIA或UG制图软件给所述平面图形添加一个所述轴向尺寸l，将所述平面图形导入有限元软件HYPERMESH，通过quick edit功能，使得所述螺栓网格分界线以外的椭圆环体被节点径向连接形成的n个面均分，从而得到网格实体；步骤五，在有限元软件HYPERMESH中，通过automesh功能，根据所述节点将所述网格实体的端面自动划分二维平面四边形网格；步骤六，在有限元软件HYPERMESH中，通过linear solid功能，将所述二维平面四边形网格轴向拉伸一个所述轴向尺寸l，生成所述端面上的一层六面体网格；步骤七，在有限元软件HYPERMESH中，先通过translate功能，复制步骤六所述六面体网格中的螺栓网格分界线之外的六面体网格，并轴向平移所述轴向尺寸l，再通过rotate功能，将复制得到的所述螺栓网格分界线之外的六面体网格以螺栓的中心轴为轴心沿螺纹变化方向旋转一个网格层错角，然后复制步骤六所述六面体网格中的螺栓网格分界线以内的六面体网格并直接沿轴向平移所述轴向尺寸l，得到第二层六面体网格；步骤八，在有限元软件HYPERMESH中，通过replace功能，替换步骤七螺纹啮合区域六面体网格中螺纹啮合表面上的使相邻两层六面体网格表面不连续的节点；步骤九，在有限元软件HYPERMESH中，重复步骤七和步骤八，直到一个螺距内所有六面体网格全部生成；步骤十，在有限元软件HYPERMESH中，根据公母螺纹齿数，利用软件translate功能，复制步骤六至步骤九中生成单螺距内六面体网格，轴向平移得到完整的螺纹啮合区域六面体网格；步骤十一，在有限元软件HYPERMESH中，新建螺栓光杆网格平面以及螺帽网格平面，根据所述螺栓光杆网格以及所述螺帽网格的网格节点，将网格平面直接拉伸，再复制平移获得螺栓光杆六面体网格以及螺帽六面体网格；步骤十二，根据螺纹周向的网格数量以及网格最小尺寸与网格最大尺寸的差值，确定过渡层数z；步骤十三，将步骤六绘制的螺栓最外圈六面体网格轴向复制z层，每层中选取1个六面体网格，使每层选出的六面体网格大小均匀递减，将每层中比该层被选网格尺寸小的六面体网格全部删除，并用与该层被选网格规格相同的六面体网格补充这层中被删除的部分，然后替换掉网格过渡层的外表面上使相邻两层六面体网格表面不连续的节点；步骤十四，从而得到完整的螺栓六面体网格模型和完整的螺栓螺母啮合六面体网格模型。