技术特征：
1.金属u-e密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，其特征在于包括：获取基本几何模型参数，并预设辅助参数；建立金属u-e密封法兰结构一个对称周期内的几何模型；依次读入金属u-e密封法兰的5个部件，识别出每个部件并修改部件名称；建立材料及截面属性，为每个部件指定截面属性；为每个部件创建装配副本；识别出循环对称边界的主、从面，识别出密封环的介质压力作用面；识别出上、下法兰的介质压力作用面；切分螺栓，建立预紧力加载面；识别出螺栓与垫片之间接触对的主、从面；识别出密封环与密封通道之间接触对的主、从面；识别出上、下法兰之间接触对的主、从面；识别出螺栓与下法兰罗纹孔之间绑定约束的主、从面；建立两个隐式静态分析步，施加边界和载荷；建立接触属性，建立5组接触对，即螺栓与垫片、垫片与上法兰、上法兰与下法兰、上法兰与密封环、下法兰与密封环；建立周期性对称约束；建立螺栓与下法兰罗纹孔之间的邦定约束关系；逐个对上、下法兰，密封环，螺栓，垫片划分网格；建立分析作业，提交计算并保存cae模型。2.根据权利要求1所述的金属u-e密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，其特征在于：所述几何模型参数包括：螺栓数量n
bolt
，螺栓直径r，密封环高度h1，密封环限位台高度h2；程序辅助参数包括：容差δ，结构轴向坐标参考量h
max
和h
min
。3.根据权利要求2所述的金属u-e密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，其特征在于：所述建立金属u-e密封法兰结构一个对称周期内的几何模型，包括：在金属u-e密封法兰上切出含一个螺栓的周期对称扇区，周期对称扇区中包含上、下法兰、密封环、螺栓、垫片5个部件，5个部件按照装配关系同属一个几何模型；几何模型采用柱坐标系，y轴经过法兰轴线向上为正，x轴沿法兰径向经过扇区的对称面向外为正，z轴正向由右手法则确定；坐标系原点沿轴向位于上、下法兰包含螺栓孔的对接面，如果对接面之间有间隙，则位于下法兰对接面。4.根据权利要求3所述的金属u-e密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，其特征在于：所述依次读入金属u-e密封法兰5个部件，识别出每个部件并修改部件名称，包括：历遍几何模型中所有的面，采用abaqus脚本语言python中面对象的成员函数pointon()返回每个面上任意一个点的坐标，记录返回点的坐标中y向坐标最小点所属的面，该面所属的部件即为下法兰，将其命名为“lowerflange”；历遍剩余4个部件中的面，采用abaqus脚本语言python中面对象的成员函数pointon()返回每个面上任意一个点的坐标，记录返回点的坐标中x向坐标最小点所属的面，该面所属的部件即为上法兰，将其命名为“upperflange”；历遍剩余3个部件中的面，采用abaqus脚本语言python中面对象的成员函数pointon()返回每个面上任意一个点的坐标，记录y向坐标最大点所属的面，该面所属的部件即为螺
栓，将其命名为“bolt”；历遍剩余2个部件中的面，采用abaqus脚本语言python中面对象的成员函数pointon()返回每个面上任意一个点的坐标，记录y向坐标最大点所属的面，该面所属的部件即为垫片，将其命名为“gasket”；剩余1个部件即为密封环，将其命名为“sealue”。5.根据权利要求4所述的金属u-e密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，其特征在于：所述建立材料及截面属性并为每个部件指定截面属性，包括：采用abaqus脚本语言python中的构造函数material()创建材料属性，采用abaqus脚本语言python中的构造函数elastic()和plastic()创建材料的弹性和塑性属性；采用abaqus脚本语言python中的构造函数homogeneoussolidsection()创建各向同性实体截面属性；采用abaqus脚本语言python中的构造函数sectionassignment()为每个部件指定截面属性。6.根据权利要求5所述的金属u-e密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，其特征在于：所述为每个部件创建装配副本，包括：采用abaqus脚本语言python中的构造函数instance()为parts[
‘
lowerflange’]部件创建一个装配副本并命名为“lowerflange-1”；采用abaqus脚本语言python中的构造函数instance()为parts[
‘
upperflange’]部件创建一个装配副本并命名为“upperflange-1”；采用abaqus脚本语言python中的构造函数instance()为parts[
‘
bolt’]部件创建一个装配副本并命名为“bolt-1”；采用abaqus脚本语言python中的构造函数instance()为parts[
‘
gasket’]部件创建一个装配副本并命名为“gasket-1”；采用abaqus脚本语言python中的构造函数instance()为parts[
‘
sealue’]部件创建一个装配副本并命名为“sealue-1”。7.根据权利要求6所述的金属u-e密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，其特征在于：所述识别出循环对称边界的主、从面，包括：计算循环对称边界施加面与模型对称面之间夹角的余弦值l＝cos(π/n
bolt
)；历遍密封环副本instances[
‘
sealue-1’]中所有面，采用abaqus脚本语言python中面对象的方法函数getnormal()读取每个面的法向量n1，计算向量n1与对称面法向量(0,0,1)之间的方向余弦l1，如果l1＝l，将n1所属的面定义为密封环循环对称边界主面，如果l1＝-l，将n1所属的面定义为密封环循环对称边界从面；历遍下法兰副本instances[
‘
lowerflange-1’]中所有面，采用abaqus脚本语言python中面对象的方法函数getnormal()读取每个面的法向量n2，计算向量n2与对称面法向量(0,0,1)之间的方向余弦l2，如果l2＝l，将n2所属的面定义为下法兰循环对称边界主面，如果l2＝-l，将n2所属的面定义为下法兰循环对称边界从面；历遍上法兰副本instances[
‘
upperflange-1’]中所有面，采用abaqus脚本语言python中面对象的方法函数getnormal()读取每个面的法向量n3，计算向量n3与对称面法向量(0,0,1)之间的方向余弦l3，如果l3＝l，将n3所属的面定义为上法兰循环对称边界主面，如
果l3＝-l，将n3所属的面定义为上法兰循环对称边界从面。8.根据权利要求7所述的金属u-e密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，其特征在于：所述识别出密封环的介质压力作用面，包括：历遍密封环副本instances[
‘
sealue-1’]中所有的面，采用abaqus脚本语言python中面对象的成员函数pointon()返回每个面上任意一个点的坐标，记录y向坐标最小点为p1，记录p1所属的面为face1；剔除face1，遍历密封环副本instances[
‘
sealue-1’]中所有剩余的面，采用采用abaqus脚本语言python中面的成员函数pointon()返回每个面上任意一个点的坐标，记录y向坐标最小点为p2，记录p2所属的面为face2；比较p1与p2的x向坐标，坐标值较小点所在的面定义为下主密封唇曲面，坐标值较大点所在的面定义为下副密封唇曲面；历遍密封环副本instances[
‘
sealue-1’]中所有的面，采用abaqus脚本语言python中面对象的成员函数pointon()返回每个面上任意一个点的坐标，记录y向坐标最大点为p3，记录p3所属的面为face3；剔除face3，遍历密封环副本instances[
‘
sealue-1’]中所有剩余的面，采用采用abaqus脚本语言python中面对象的成员函数pointon()返回每个面上任意一个点的坐标，记录y向坐标最大点为p4，记录p4所属的面为face4；比较p3与p4的x向坐标，坐标值较小点所在的面定义为上主密封唇曲面，坐标值较大点所在的面定义为上副密封唇曲面；采用abaqus脚本语言python中边对象的方法函数getsize()找到下主密封唇曲面的两个长度较短的边，采用两个短边的中点，即a点和b点，将下主密封唇曲面切分为两个面；采用abaqus脚本语言python中边对象的方法函数getsize()找到下副密封唇曲面的两个长度较短的边，采用两个短边的中点，即c和d点，将下副密封唇曲面切分为两个面；采用abaqus脚本语言python中边对象的方法函数getsize()找到上主密封唇曲面的两个长度较短的边，采用两个短边的中点，即a’点和b’点，将上主密封唇曲面切分为两个面；采用abaqus脚本语言python中边对象的方法函数getsize()找到上副密封唇曲面的两个长度较短的边，采用两个短边的中点，即c’和d’点，将上副密封唇曲面切分为两个面；采用abaqus脚本语言python中面集合对象的方法函数getbyboundingcylinder()对密封环副本instances[
‘
sealue-1’]中的面进行框选，圆心1(0,y
a-δ,0)，圆心2(0,(y
a
+y
a'
)/2,0)，半径为(x
a2
+z
a2
)
1/2
+δ，选中2个面，记作面a和面b；其中，x
a
、y
a
、z
a
分别为a点的x、y、z向坐标，y
a'
为a’点的y向坐标；找到面a和面b中轴向位置较低的面，记为a面，轴向位置较高的面记为b面；采用abaqus脚本语言python中面集合对象的方法函数getadjacentfaces()找到与b面相邻的4个面，从这4个面中剔除a面以及两个周期对称面，剩余一个面记为c面；采用abaqus脚本语言python中面集合对象的方法函数getfacesbyfaceangle()选取一组面，记为c’面集合，选取的起始面为c面，选取角度为20
°
；采用abaqus脚本语言python中面集合对象的方法函数getbyboundingcylinder()对密封环副本instances[
‘
sealue-1’]中的面进行框选，圆心1为(0,y
a'
+δ,0)，圆心2为(0,(y
a
+y
a'
)/2,0)，半径为(x
a2
+z
a2
)
1/2
+δ，选中2个面，记作面d和面e；其中，x
a
、y
a
、z
a
分别为a点的x、y、z向坐标，y
a'
为a’点的y向坐标；选取到的a，b，c’，d，e面定义为密封环介质压力作用面。
9.根据权利要求8所述的金属u-e密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，其特征在于：所述识别出上、下法兰的介质压力作用面，包括：采用abaqus脚本语言python中面集合对象的方法函数getclosest()在下法兰副本instances[
‘
lowerflange-1’]的所有面中找到最靠近a点的面，记作face5；使用下主密封唇曲面被切分后新生成的边在face5上的投影切分face5；步采用abaqus脚本语言python中面集合对象的方法函数getbyboundingcylinder()对下法兰副本instances[
‘
lowerflange-1’]中的面进行框选，圆心1(0,h
max
,0)，圆心2(0,h
min
,0)，半径为(x
a2
+z
a2
)
1/2
+δ；从选中的面中剔除法向量y向分量为-1以及x向分量大于0的面，剩余的面定义为下法兰的介质压力作用面；其中，x
a
、z
a
分别为a点的x、z向坐标；采用abaqus脚本语言python中面集合对象的方法函数getclosest()在上法兰副本instances[
‘
upperflange-1’]的所有面中找到最靠近a’点的面，记作face6；使用上主密封唇曲面被切分后新生成的边在face6上的投影切分face6；采用abaqus脚本语言python中面集合对象的方法函数getbyboundingcylinder()对上法兰副本instances[
‘
upperflange-1’]中的面进行框选，圆心1(0,h
max
,0)，圆心2(0,h
min
,0)，半径为(x
a'2
+z
a'2
)
1/2
+δ；从选中的面中剔除法向量y向分量为1以及x向分量大于0的面，剩余的面定义为上法兰的介质压力作用面；其中，x
a'
、z
a'
分别为a’点的x、z向坐标。10.根据权利要求9所述的金属u-e密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，其特征在于：所述对螺栓进行切分，创建预紧力加载面，包括：历遍垫片副本instances[
‘
gasket-1’]中所有面，按照外法线方向筛选出垫片的上、下端面，采用abaqus脚本语言python中面对象的方法函数getcentroid()读取上端面中心点坐标，该点记作e，读取下端面中心点坐标，该点记作f；采用abaqus脚本语言python中的构造函数datumaxisbytwopoint()经过两点建立螺栓轴线，两点坐标分别为g(x
e
,0,0)和h(x
e
,y
f
/2,0)；其中，x
e
为e点x向坐标，y
f
为f点y向坐标；采用abaqus脚本语言python中特征对象的方法函数partitioncellbyplanepointnormal()切分螺栓副本instances[
‘
bolt-1’]，切分参考点为g点，参考向量为螺栓轴线；切分后得到两个体，采用abaqus脚本语言python中特征对象的方法函数partitioncellbyplanepointnormal()继续对最靠近f点的体进行切分，参考点为h点，参考向量为螺栓轴线；切分后新生成的经过h点的面定义为预紧力加载面。11.根据权利要求10所述的金属u-e密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，其特征在于：所述识别出螺栓与垫片之间接触对的主、从面，包括：步骤901，历遍垫片副本instances[
‘
gasket-1’]所有面，按照外法线方向筛选出垫片中外法线向量y向分量大于0的面，即为螺栓与垫片的接触从面，命名为
‘
s_int-2’；步骤902，历遍螺栓副本instances[
‘
bolt-1’]所有面，按照外法线方向筛选出垫片中外法线向量y坐标小于0的面，剔除螺栓的下端面，即为螺栓与垫片的接触主面，命名为
‘
m_int-2’。12.根据权利要求11所述的金属u-e密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，其特征在于：所述识别出密封环与密封通道之间接触对的主、从面，包括：
采用abaqus脚本语言python中面集合对象的方法函数getclosest()在下法兰副本instances[
‘
lowerflange-1’]所有面中找到最靠近a点的面，记作f1面；采用abaqus脚本语言python中面集合对象的方法函数getfacesbyfaceangle()在下法兰副本instances[
‘
lowerflange-1’]中选取一个面集合，命名为
‘
m_int-3’，选取的起始面为f1面，选取角度为0
°
；
‘
m_int-3’定义为下法兰与密封环的接触主面；采用abaqus脚本语言python中面集合对象的方法函数getbyboundingcylinder()对密封环副本instances[
‘
sealue-1’]中的面进行框选，圆心1(0,h
min
,0)，圆心2(0,y
a
+(h
1-h2)/2+δ,0)，半径为h
max
；选中的面集合，命名为
‘
s_int-3’，
‘
s_int-3’定义为下法兰与密封环的接触从面；其中，y
a
为a点y向坐标；采用abaqus脚本语言python中面集合对象的方法函数getclosest()在上法兰副本instances[
‘
upperflange-1’]所有面中找到最靠近a’点的面，记作f2面；采用abaqus脚本语言python中面集合对象的方法函数getfacesbyfaceangle()在上法兰副本instances[
‘
upperflange-1’]中选取一个面集合，命名为
‘
m_int-4’，选取的起始面为f2面，选取角度为0度；
‘
m_int-4’定义为上法兰与密封环的接触主面；采用abaqus脚本语言python中面集合对象的方法函数getbyboundingcylinder()对密封环副本instances[
‘
sealue-1’]中的面进行框选，圆心1(0,h
max
,0)，圆心2(0,y
a'-(h
1-h2)/2-δ,0)，半径为h
max
；选中的面集合，命名为
‘
s_int-4’，
‘
s_int-4’定义为上法兰与密封环的接触从面；其中，y
a'
为a’点y向坐标。13.根据权利要求12所述的金属u-e密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，其特征在于：所述识别出上、下法兰之间接触对的主、从面，包括：采用abaqus脚本语言python中面集合对象的方法函数getbyboundingcylinder()对上法兰副本instances[
‘
upperflange-1’]中的面进行框选，圆心1(0,h
min
,0)，圆心2(0,y
f-δ,0)，半径为h
max
；在选中的面中剔除外法线x向分量大于0以及y向分量大于0的面，剩余面组成的面集合命名为
‘
s_int-5’，
‘
s_int-5’定义为上法兰与下法兰的接触主面；其中，y
f
为f点y向坐标；采用abaqus脚本语言python中面集合对象的方法函数getbyboundingcylinder()对下法兰副本instances[
‘
lowerflange-1’]中的面进行框选，圆心1(0,δ,0)，圆心2(0,y
i
,0)，半径为h
max
，其中y
i
为螺栓下端面中心点i的y向坐标；在选中的面中剔除外法线x向分量大于0以及y向分量小于0的面，剩余面组成的面集合命名为
‘
m_int-5’，
‘
m_int-5’定义为上法兰与下法兰的接触从面。14.根据权利要求1所述的金属u-e密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，其特征在于：所述识别出螺栓与下法兰罗纹孔之间绑定约束的主、从面，包括：采用abaqus脚本语言python中面集合对象的方法函数getbyboundingcylinder()对螺栓副本instances[
‘
bolt-1’]中的面进行框选，圆心1(x
e
,δ,0)，圆心2(x
e
,h
min
,0)，半径为r+δ；在选中的面中剔除外法线y向分量等于-1的面，剩余的面命名为
‘
m_int-6’，
‘
m_int-6’定义为螺栓与下法兰螺纹孔的绑定主面；其中，x
e
为e点x向坐标；采用abaqus脚本语言python中面集合对象的方法函数getbyboundingcylinder()对下法兰副本instances[
‘
lowerflange-1’]中的面进行框选，圆心1(x
e
,δ,0)，圆心2(x
e
,h
min
,0)，半径为r+δ；在选中的面中剔除外法线y向分量等于1的面，剩余的面命名为
‘
s_int-6’，
‘
s_int-6’定义为螺栓与下法兰螺纹孔的绑定从面；其中，x
e
为e点x向坐标。15.根据权利要求14所述的金属u-e密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，其特征在于：建立两个隐式静态分析步，施加边界和载荷，包括：采用abaqus脚本语言python中的构造函数staticstep()创建一个静态分析步steps[
‘
step-1’]；采用abaqus脚本语言python中的构造函数displacementbc()施加轴向约束；采用abaqus脚本语言python中的构造函数boltload()施加螺栓预紧力；采用abaqus脚本语言python中的构造函数staticstep()创建一个静态分析步steps[
‘
step-2’]；采用abaqus脚本语言python中的构造函数pressure()施加介质压力。16.根据权利要求15所述的金属u-e密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，其特征在于：建立接触属性，建立5组接触对，包括：采用abaqus脚本语言python中的构造函数contactproperty()创建接触属性；采用abaqus脚本语言python中的构造函数tangentialbehavior()创建切向接触行为属性；采用abaqus脚本语言python中的构造函数normalbehavior()创建法向接触行为属性；采用abaqus脚本语言python中的构造函数surfacetosurfacecontactstd()创建5个面对面接触对，即螺栓与垫片、垫片与上法兰、上法兰与下法兰、上法兰与密封环、下法兰与密封环。17.根据权利要求16所述的金属u-e密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，其特征在于：建立周期性对称约束，包括：采用abaqus脚本语言python中的构造函数cyclicsymmetry()创建周期性对称约束。18.根据权利要求17所述的金属u-e密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，其特征在于：建立螺栓与下法兰罗纹孔之间的邦定约束关系，包括：采用abaqus脚本语言python中的构造函数tie()创建螺栓与下法兰罗纹孔之间的邦定约束关系。19.根据权利要求18所述的金属u-e密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，其特征在于：逐个对上、下法兰，密封环，螺栓，垫片划分网格，包括：采用abaqus脚本语言python中的装配体对象的方法函数seedpartinstance()为每个装配体副本，包括上、下法兰，密封环，螺栓，垫片，设置网格尺寸；采用abaqus脚本语言python中的装配体对象的方法函数setmeshcontrols()为每个装配体副本，包括上、下法兰，密封环，螺栓，垫片，设置网格划分算法；采用abaqus脚本语言python中的装配体对象的方法函数setelementtype()为每个装配体副本，包括上、下法兰，密封环，螺栓，垫片，设置网格类型；采用abaqus脚本语言python中的装配体对象的方法函数generatemesh()为每个装配体副本，包括上、下法兰，密封环，螺栓，垫片，划分网格。20.根据权利要求19所述的金属u-e密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，其特征在于：建立分析作业，保存cae模型，包括：采用abaqus脚本语言python中的构造函数job()创建分析作业；采用abaqus脚本语言python中模型对象的方法函数saveas()保存cae模型。
技术总结
本发明金属U-E密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，基于ABAQUS软件的二次开发脚本语言Python，建立了金属U-E密封法兰几何参数识别及自动化建模方法，可直接用于开发金属U-E密封法兰结构连接性能自动化分析工具。采用本方法开发出密封-法兰-紧固件三维周期对称有限元模型自动建模程序，既可以显著地提高效率，迅速地对设计师给出的每一个方案做出响应，同时采用标准化的分析工具进行建模也显著地降低了对分析工程师经验的依赖并避免了人为引入的分析失误。为引入的分析失误。为引入的分析失误。
技术研发人员：姜薇 王振 许红卫 韩帅 闫方琦 杨全洁 霍世慧
受保护的技术使用者：西安航天动力研究所
技术研发日：2022.07.22
技术公布日：2022/11/22