技术领域本发明属于结构动力学建模领域，具体是一种确定混合维模型界面约束方程系数的方法。
背景技术：
对于大型结构，直接对整体结构建立精细的动力学有限元模型进行仿真计算，常常会遇到模型计算规模过大，严重影响有限元分析的效率，甚至使得分析无法进行的情况。采用不同维度单元有针对性的建模，是行之有效的方法，但不同维度单元的连接界面常常需要特殊处理。目前发展的多种方法中，过渡单元方法发展最早，但其推导过程不具有统一性，而且使用中容易锁死，并会产生多余的非物理模态；而近几年发展的使用刚性梁单元完成不同维度单元界面连接的处理的方法，操作简单，但物理意义并不明确，且缺乏理论基础。相较于前两种方法，McCune在InternationalJournalforNumericalMethodinEngineering发表的Mixeddimensionalcouplinginfiniteelementmodels和Shim在EngineeringwithComputers发表的Mixeddimensionalcouplinginfiniteelementmodels提出的使用交接面功相等原理得到的考虑应力协调的多点约束方程，物理意义明确，各种类型单元连接时方程的推导具有统一性，便于与商用有限元软件对接。但对于非规则结构，或任意截面形式结构，难以获得结构在不同作用力形式下的应力分布解析解，故而难以确定所需的多点约束方程系数。工程实践表明，结构的振动疲劳破坏都是发生在整体结构的某一个局部区域，即局部结构上，因此要想准确预测结构的振动疲劳寿命，需要提高局部结构动态应力的计算精度。当激励力同时作用在局部结构和周围结构上或只作用在周围结构上时，局部结构的振动响应分析必须计及周围结构振动所传入的振动能量，不可以把局部结构单独分离出来进行建模和计算，必须建立整体结构模型进行分析。此时，采用低维、大尺度单元网格进行周围结构的离散，以最小的计算成本实现振动能量整体传递效应的模拟，而对结构振动疲劳问题所关注的局部结构，则采用局部精细网格或高精度单元进行离散建模，并将周围结构有限元模型和局部结构模型直接采用多点约束方程耦合起来进行同步求解，可以大大减小计算的规模，提高计算的效率。本发明将建立多点约束方程的统一求解流程，快速完成多点约束方程求解，方便混合维模型在工程上的应用。Blanco等在Computermethodsinappliedmechanicsandengineering发表的AAariationalapproachforcouplingkinematicallyincompatiblestructuralmodels进一步发展了一种变分框架，用于完成运动学不协调单元的耦合。东南大学李兆霞教授在《固体力学学报》发表的《桥梁结构劣化与损伤过程的多尺度分析方法及其应用》中与《东南大学学报》发表的《结构损伤一致多尺度模拟和分析方法》中对多尺度模拟与分析方法进行了研究，通过试验与仿真分析对比说明了子结构方法和多点约束方法建立的多尺度有限元模型可以用来进行局部热点应力分析，但其工作主要集中在子结构中，对于混合维结构研究较少，而混合维结构为本发明的主要研究工作，本发明优势在于用静力分析得到应力分布，不再进行公式计算。检索国内外相关专利，西安电子科技大学的脊柱的三维几何与有限元混合模型的构建方法(专利号：201110114628.0)主要是对脊柱进行三维成像，并为进行动力学建模。广州汽车集团股份有限公司的一种锁止机构的刚柔体混合建模方法(专利号：201410076328.1)，其混合维主要是刚性体和柔性体的混合维建模，但并未涉及有限元中不同自由度单元间的建模问题。
技术实现要素：
为克服现有技术中存在的多尺度有限元模型中对混合维结构研究的不足，本发明提出了一种确定混合维模型界面约束方程系数的方法。本发明的具体步骤如下：步骤一：划分管梁的局部结构与周围结构。所述的管梁为悬臂梁；以该管梁的固支端部分为局部结构；该管梁的其余部分为周围结构。对所述管梁进行混合维建模；建模时，所述局部结构采用高阶精确单元建立有限元模型，所述周围结构采用低阶减缩单元模拟刚度效应。将所述有限元模型中发生不同维单元连接的截面定义为交接面A1。根据有限元模型中的交接面确定管梁的交接面，并使管梁的交接面A2与有限元模型中的交接面A1位置相同。步骤二：以交接面为中心，向两侧分别截取管梁的几何模型。以交接面A2为中心截取该交接面两侧的管梁作为几何模型，建立该几何模型的静力分析有限元模型。所述静力分析有限元模型用壳单元建立。对所述静力分析有限元模型建立边界约束条件。所述静力分析有限元模型的边界约束条件与管梁的边界约束条件相同，将该静力分析有限元模型中的一端视为固支端，静力分析有限元模型中的交接面A3的位置与管梁的交接面A2的位置相同。以所述交接面A3为中心，靠近固支端一侧为局部结构，靠近自由端一侧为周围结构。所述截取的几何模型的长度需使边界条件不会影响交接面A2上的应力分布，截取的几何模型的长度>该管梁横截面的最大外形尺寸的3倍。步骤三：对静力分析有限元模型进行静力分析。在所述静力分析有限元模型自由端处施加不同方向的任意值的载荷，使该静力分析有限元模型的自由端处分别产生轴力F、弯矩M、扭矩T以及剪力Fs。对所述静力分析有限元模型赋予管梁的材料属性；所述管梁的材料属性包括弹性模量、泊松比和密度。通过有限元分析软件对所述有限元模型进行静力分析。所述静力分析有限元模型自由端处施加的弯矩M有两个元素M1与M2，并且弯矩M1的方向与坐标系的y向同向；M2的方向与坐标系的z向同向；所述的剪力Fs有两个元素Fs1与Fs2，并且剪力Fs1的方向与坐标系的y向同向，Fs2的方向与坐标系的z向同向。步骤四：分别提取交接面A3上的正应力与切应力。采用数值离散方法，获得交接面A3上在轴力F、弯矩M、扭矩T以及剪力Fs作用下的离散应力分布。从步骤3得到的静力分析结果中，分别提取位于交接面A3上静力分析有限元模型的各节点所对应的沿坐标系的x、y、z三轴的正应力与沿该坐标系x、y、z三轴的切应力。步骤五：确定交接面A1上梁单元的节点自由度与交接面A1上壳单元的节点自由度之间的约束方程。建立梁结构的混合维有限元模型。在建立的混合维有限元模型上划分壳单元，并以该壳单元作为管梁的局部结构；在建立的混合维有限元模型上划分梁单元，并以该梁单元作为管梁的周围结构。分别建立梁结构混合维有限元模型的梁单元节点的六个自由度的约束条件。分别将交接面两侧的单元做功显示表示出来，利用交接面A1两侧做功大小相同原理，通过公式(6)确定所述交接面A1梁单元的节点自由度与所述交接面A1壳单元的节点自由度之间的约束方程：F·U=[Σj=14[Nd]j×σ′j(x′j,y′j,z′j)]·[Td]{uei