一种板壳和梁强化结构的有限元建模方法

摘要

本发明公开了一种板壳和梁强化结构的有限元建模方法，其具体步骤为：搭建板壳和梁强化结构的有限元建模系统，包括：CAD模型处理模块、有限元网格划分模块、节点编辑模块、单元编辑模块；CAD模型处理模块将板壳简化为空间曲面，梁简化为曲线；有限元网格划分模块采用板壳单元对曲面划分网格，采用梁单元对曲线A、曲线B、曲线C划分网格；节点编辑模块将实心圆点处的三个节点合并为一个节点，用于模拟板壳和梁的连接；单元编辑模块对属于板壳A（1）和板壳B（2）的板壳单元分别设置单元节点偏置。至此，实现了板壳和梁强化结构的有限元建模。本方法实现了快速、简便、准确的板壳和梁强化结构的有限元建模。

说明书

技术领域

本发明涉及一种有限元建模方法，特别是一种板壳和梁强化结构的有限元建模方法。

背景技术

板壳和梁强化结构是将多根梁夹在两块板壳之间，过去的有限元建模方法为实体单元建模或板壳单元建模，即用实体单元或板壳单元对板壳和梁结构进行网格划分，其主要步骤为：对板壳划分实体单元或板壳单元；对梁划分实体单元或板壳单元；采用节点耦合或多点约束将板壳和梁的单元进行关联。这种建模过程繁琐，且计算量较大，不利于处理复杂问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种板壳和梁强化结构的有限元建模方法，解决过去的实体或板壳单元建模过程繁琐且计算量较大的问题。

一种板壳和梁强化结构的有限元建模方法，其具体步骤为：

第一步  搭建板壳和梁强化结构的有限元建模系统

板壳和梁强化结构的有限元建模系统，包括：CAD模型处理模块、有限元网格划分模块、节点编辑模块、单元编辑模块。CAD模型处理模块用于简化CAD模型，有限元网格划分模块用于划分网格，节点编辑模块用于合并节点，单元编辑模块用于设置单元偏置。

第二步  CAD模型处理模块简化CAD模型

板壳和梁强化结构由板壳A、板壳B和夹在中间的梁A、梁B、梁C构成，板壳和梁之间采用焊接或粘接方式固定，或整体铸造成型。CAD模型处理模块将板壳简化为空间曲面，梁简化为曲线。曲面位于板壳A和板壳B的中间，平行于板壳A和板壳B，为板壳A和板壳B所共用；曲线B位于曲面内，且与梁B的中心线重合；曲线A和曲线C位于曲面边界，曲线A由梁A的中心线平移生成，曲线C由梁C的中心线平移生成。

第三步  有限元网格划分模块划分网格

根据简化的CAD模型，有限元网格划分模块采用板壳单元对曲面划分网格，作为板壳A的有限元网格；之后，将网格在原处复制一份，与原网格重合，作为板壳B的有限元网格；采用梁单元对曲线A、曲线B、曲线C划分网格，分别作为梁A、梁B、梁C的有限元网格；保持板壳单元节点和梁单元节点在空间位置上的重合。

第四步  节点编辑模块合并节点

根据生成的有限元网格，每一个实心圆点代表三个节点，它们在空间位置上重合，三个节点分别为：板壳A+板壳B+梁A、板壳A+板壳B+梁B、板壳A+板壳B+梁C。节点编辑模块将实心圆点处的三个节点合并为一个节点，用于模拟板壳和梁的连接。每一个空心圆点代表两个节点，它们在空间位置上重合，分别为板壳A和板壳B，空心圆点不做合并节点的操作。

第五步  单元编辑模块设置单元偏置

根据修改后的有限元网格，单元编辑模块对属于板壳A和板壳B的板壳单元分别设置单元节点偏置；对属于梁A、梁B和梁C的梁单元分别设置单元节点偏置，以模拟板壳和梁的空间实体结构。

至此，实现了板壳和梁强化结构的有限元建模。

本发明采用板壳单元对板壳进行网格划分，采用梁单元对梁进行网格划分，采用合并节点的方式将板壳和梁进行连接，利用板壳和梁单元的偏置表达板壳和梁的实体结构。这种建模方法充分利用了板壳单元和梁单元各自的优点，简化了建模过程并减小了计算规模，解决了板壳和梁强化结构传统的有限元建模过程繁琐，且计算量较大的问题，在此基础上，有利于处理更加复杂的问题。本发明实现了快速、简便、准确的板壳和梁强化结构的有限元建模。

附图说明

图1  一种板壳和梁强化结构的有限元建模方法的板壳和梁强化结构主视图；

图2  一种板壳和梁强化结构的有限元建模方法的简化CAD模型示意图；

图3  一种板壳和梁强化结构的有限元建模方法的简化CAD模型有限元网格图；

图4  一种板壳和梁强化结构的有限元建模方法的显示单元偏置与横截面的有限元网格图。

1.板壳A    2.板壳B    3.梁A    4.梁B    5.梁C。 

具体实施方式

一种板壳和梁强化结构的有限元建模方法，其具体步骤为：

第一步  搭建板壳和梁强化结构的有限元建模系统

板壳和梁强化结构的有限元建模系统，包括：CAD模型处理模块、有限元网格划分模块、节点编辑模块、单元编辑模块。CAD模型处理模块用于简化CAD模型，有限元网格划分模块用于划分网格，节点编辑模块用于合并节点，单元编辑模块用于设置单元偏置。

第二步  CAD模型处理模块简化CAD模型

板壳和梁强化结构由板壳A1、板壳B2和夹在中间的梁A3、梁B4、梁C5构成，板壳和梁之间采用焊接或粘接方式固定，或整体铸造成型。CAD模型处理模块将板壳简化为空间曲面，梁简化为曲线。曲面位于板壳A1和板壳B2的中间，平行于板壳A1和板壳B2，为板壳A1和板壳B2所共用；曲线B位于曲面内，且与梁B4的中心线重合；曲线A和曲线C位于曲面边界，曲线A由梁A3的中心线平移生成，曲线C由梁C5的中心线平移生成。

第三步  有限元网格划分模块划分网格

根据简化的CAD模型，有限元网格划分模块采用板壳单元对曲面划分网格，作为板壳A1的有限元网格；之后，将网格在原处复制一份，与原网格重合，作为板壳B2的有限元网格；采用梁单元对曲线A、曲线B、曲线C划分网格，分别作为梁A3、梁B4、梁C5的有限元网格；保持板壳单元节点和梁单元节点在空间位置上的重合。

第四步  节点编辑模块合并节点

根据生成的有限元网格，每一个实心圆点代表三个节点，它们在空间位置上重合，三个节点分别为：板壳A1+板壳B2+梁A3、板壳A1+板壳B2+梁B4、板壳A1+板壳B2+梁C5。节点编辑模块将实心圆点处的三个节点合并为一个节点，用于模拟板壳和梁的连接。每一个空心圆点代表两个节点，它们在空间位置上重合，分别为板壳A1和板壳B2，空心圆点不做合并节点的操作。

第五步  单元编辑模块设置单元偏置

根据修改后的有限元网格，单元编辑模块对属于板壳A1和板壳B2的板壳单元分别设置单元节点偏置；对属于梁A3、梁B4和梁C5的梁单元分别设置单元节点偏置，以模拟板壳和梁的空间实体结构。

至此，实现了板壳和梁强化结构的有限元建模。