一种基于DMIG原理的有限元模型组装方法及系统与流程

一种基于dmig原理的有限元模型组装方法及系统
技术领域
1.本发明涉及结构有限元分析领域，具体涉及一种基于dmig原理的有限元模型组装方法及系统。


背景技术：

2.有限元方法作为一种数值计算方法，为工程设计人员提供一种便捷的、低成本评估结构性能的手段，是进行结构优化设计的重要分析工具，广泛应用于航空、航天、土木、机械等诸多领域。在以往的结构有限元分析工作中，对大型结构重要零部件进行细化分析时，工程设计人员通常依据经验或者习惯进行分析，这样的结构有限元分析工作模式存在如下三个缺陷：
3.1、建模过程缺陷
4.大型结构有限元建模过程没有统一的规范，各部件建模耗时费力并存在随意性，导致最终各部件模型装配困难，需要反复调整。
5.2、分析精度缺陷
6.工程设计人员为了快速获得分析结果，通常采用直接约束提取零部件模型的边界，或者增加过渡段模拟边界等简化方式处理，在这两种方法都没有经过验证的情况下，无法准确还原初始结构对提取零部件的支撑作用，存在分析精度风险。
7.3、分析效率缺陷
8.为了准确模拟提取零部件的边界，采用所有部件重新建模、装配和分析，导致建模过程重复且耗时，装配模型规模大，分析占用资源多且耗时，造成整个分析易出错、效率低下，不便于结构多轮次优化。


技术实现要素：

9.为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于dmig原理的有限元模型组装方法及系统。
10.本发明技术解决方案为：一种基于dmig原理的有限元模型组装方法，包括：
11.步骤s1：根据结构组成和分析需求，对原始结构模型进行结构有限元建模，提取指定的零部件模型；
12.步骤s2：根据功能需要对提取的零部件模型进行重新建模，得到重建的零部件模型；
13.步骤s3：基于dmig原理对重建的零部件模型与剩余结构模型进行组装和分析计算。
14.本发明与现有技术相比，具有以下优点：
15.本发明公开了一种基于dmig原理的有限元模型组装方法，可提取大型结构有限元模型中指定零部件，在保持与原模型同等精度边界支持下，开展指定零部件重新建模分析，实现大型结构有限元模型进行局部零部件重新建模分析工作的规范性，提高了局部零部件
分析的精度和效率。
附图说明
16.图1为本发明实施例中一种基于dmig原理的有限元模型组装方法的流程图；
17.图2为本发明实施例中一种基于dmig原理的有限元模型组装方法的流程示意图；
18.图3为本发明实施例中一种基于dmig原理的有限元模型组装系统的结构框图。
具体实施方式
19.本发明提供了一种基于dmig原理的有限元模型组装方法，提高了局部零部件分析的精度和效率。
20.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下通过具体实施，并结合附图，对本发明进一步详细说明。
21.实施例一
22.如图1所示，本发明实施例提供的一种基于dmig原理的有限元模型组装方法，包括下述步骤：
23.步骤s1：根据结构组成和分析需求，对原始结构模型进行结构有限元建模，提取指定的零部件模型；
24.步骤s2：根据功能需要对提取的零部件模型进行重新建模，得到重建的零部件模型；
25.步骤s3：基于dmig原理对重建的零部件模型与剩余结构模型进行组装和分析计算。
26.在一个实施例中，上述步骤s1：根据结构组成和分析需求，对原始结构模型进行结构有限元建模，提取指定的零部件模型，具体包括：
27.步骤s11：对原始结构模型按照其零部件的结构组成，以预定义的编号规则建立零部件编号；零部件编号用于零部件建模阶段；
28.步骤s12：按照零部件编号，对零部件包含的零部件单元进行分组，得到不同编号的零部件单元分组模型；零部件单元分组用于零部件提取阶段，通过预定义的编号规则可以准确和快速提取指定零部件模型；
29.步骤s13：根据分析需求，提取指定的零部件模型；并根据零部件模型与剩余结构模型的连接关系，确定二者的公共节点为连接界面节点；连接界面节点用于零部件提取阶段和零部件重新建模阶段，通过提取零部件与剩余结构的连接关系确定公共节点即为连接界面节点。
30.本发明实施例中按照表1中结构零部件建模的规则对结构零部件进行建模。
31.表1结构零部件建模的规则
[0032][0033]
对于上述规则，可根据实际情况进行如下调整：
[0034]
1、零部件编号采用2位数不等于必须固定为2位数，实际工作中，应按照零部件个数及需要，灵活选择，可以选择1位或者3位及以上；
[0035]
2、零部件单元编号的长度，根据实际工作模型单元数量的多少进行选择，通常采用8位；
[0036]
3、零部件单元分组，可以在建立零部件模型时同步分组，或者待所有零部件建模完成后统一进行分组。
[0037]
图2展示了本发明实施例中使用结构零部件建模的规则，对零部件10、11
……
进行编号，零部件单元10000001、10000002
……
进行编号，以及对零部件单元进行分组为pa、pb
……
。
[0038]
在进行大型结构有限元分析时，初始的结构布置形式及属性通常是根据以往设计数据或工程师经验进行定义，会出现不能满足设计要求的问题。因此需要进行零部件的重新设计及分析。若采用全部模型重新建模分析的方式，需要耗费大量的建模时间和计算资源，若采用直接约束边界和增加延伸段的方式，虽然缩短建模时间和降低计算资源，但是不能保证计算精度。因此在准确模拟边界支撑的情况下，提取局部零部件重新建模分析的方式对于大型结构进行优化分析是必要的。
[0039]
在一个实施例中，上述步骤s2：根据功能需要对提取的零部件模型进行重新建模，得到重建的零部件模型，具体包括：
[0040]
对提取的零部件模型进行重新设计，采用网格疏密过渡方法进行连接界面节点定义，最终得到重建的零部件模型。
[0041]
在本步骤中对提取的零部件模型进行重新建模，通常对提取的零部件进行开孔、加筋等改变结构几何拓扑形状的设计，一旦几何拓扑形状发生变化，就需要重新建立零部件模型。由于重建零部件模型的界面节点与剩余结构模型的连接界面节点无法保证一一对应，所以两者无法直接装配。本发明实施例中，采用网格疏密过渡技术对于连接界面节点进行定义，以实现零部件模型与剩余结构模型可装配。本发明实施例所用网格疏密过渡技术，首先将零部件模型提取中的连接界面节点映射至重新设计的零部件几何模型上，然后对映射后的几何模型按照新尺寸建立模型，最后采用多点约束方法将连接界面剩余的自由节点与连接界面节点进行关联绑定。
[0042]
在一个实施例中，上述步骤s3：基于dmig原理对重建的零部件模型与剩余结构模型进行组装和分析计算，具体包括：
[0043]
基于dmig原理将剩余结构模型的等价模型组装至重建的零部件模型中，形成装配
模型，进而进行分析计算。
[0044]
本发明实施例使用有限元软件nastran对提取零部件后剩余结构模型进行缩减处理，得到仅仅包含连接界面节点的矩阵，即缩减刚度矩阵和缩减载荷矩阵，其中缩减刚度矩阵代表剩余结构对提取结构的刚度影响，缩减载荷矩阵代表剩余结构对提取结构的载荷影响。
[0045]
基于dmig原理对重新建模的零部件模型进行组装时，将缩减处理后的剩余结构包含在重新建模的零部件计算文件中。本发明实施例使用有限元软件nastran进行计算分析中，如图2所示，零部件计算文件通过使用关键字k2gg＝kaax和p2g＝pax标识刚度矩阵和载荷矩阵，使用关键字include标识引入包含缩减刚度矩阵和缩减载荷矩阵的文件。
[0046]
针对大型结构有限元模型局部零部件重新建模分析，全部重新建模或者边界简化处理存在的耗时、费力或者精度无法保证等问题，本发明公开了一种基于dmig原理的有限元模型组装方法，可提取大型结构有限元模型中指定零部件，在保持与原模型同等精度边界支持下，开展指定零部件重新建模分析，实现大型结构有限元模型进行局部零部件重新建模分析工作的规范性，提高了局部零部件分析的精度和效率。
[0047]
实施例二
[0048]
如图3所示，本发明实施例提供了一种基于dmig原理的有限元模型组装系统，包括下述模块：
[0049]
零部件模型提取模块41，用于根据结构组成和分析需求，对原始结构模型进行结构有限元建模，提取指定的零部件模型；
[0050]
零部件模型重建模块42，用于根据功能需要对提取的零部件模型进行重新建模，得到重建的零部件模型；
[0051]
零部件模型与剩余结构组装模块43，用于基于dmig原理对重建的零部件模型与剩余结构模型进行组装和分析计算。
[0052]
提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。