一种基于节点重构的双曲率座舱盖有限元建模方法

摘要

本申请属于有限元建模技术领域，特别涉及一种基于节点重构的双曲率座舱盖有限元建模方法。包括：步骤一、构建座舱盖的几何模型，获取几何模型上的点的坐标信息，并根据坐标信息生成三维空间下的点云；步骤二、构建虚平面，将点云的点分别投影到虚平面上，并提取虚平面上的投影点作为节点；步骤三、获取虚平面上的节点的三维坐标，并根据节点的三维坐标生成规则化网格单元；步骤四、确定每个规则化网格单元的法向量，并计算节点沿对应法向量的移动距离；步骤五、根据所述节点以及距离生成3D模型。本申请能够更加快速精准的反应结构的几何特征，满足后续进行边缘连接设置的快速定义要求，极大的节约了建模时间，提高了建模效率以及后续处理效率。

说明书

技术领域

本申请属于有限元建模技术领域，特别涉及一种基于节点重构的双曲率座舱盖有限元建模方法。

背景技术

强度设计是飞机设计的必要环节，现有的有限元网格绘制工具不能完全满足强度设计的功能需求，这主要是由以下几个方面造成的：(a)座舱盖几何外形比较复杂，是多曲面相切包络组成，在进行网格划分时的几何调整工作量很大；(b)分析中需要对单元信息，例如节点号、单元号、坐标、应力、应变等，进行提取并计算，需要单元信息有较高的可控性，而传统的商用软件很难保证节点信息的可控性，不利于后续的分析和二次深入计算；(c)由于计算目的不同，同样几何的有限元模型种类不同，这就要求对模型的可加工性有了较高的要求，传统的商业软件缺乏自动变更网格的能力，不利于设计的迭代。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种基于节点重构的双曲率座舱盖有限元建模方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种基于节点重构的双曲率座舱盖有限元建模方法，包括：

步骤一、构建座舱盖的几何模型，获取所述几何模型上的点的坐标信息，并根据所述坐标信息生成三维空间下的点云；

步骤二、构建虚平面，将所述点云的点分别投影到所述虚平面上，并提取所述虚平面上的投影点作为节点；

步骤三、获取所述虚平面上的节点的三维坐标，并根据所述节点的三维坐标生成规则化网格单元；

步骤四、确定每个所述规则化网格单元的法向量，并计算所述节点沿对应法向量的移动距离；

步骤五、根据所述节点以及距离生成3D模型。

可选地，步骤一中，在CAD中构建座舱盖的几何模型。

可选地，步骤三中，通过二元插值获取所述虚平面上的节点的三维坐标。

可选地，步骤三中，所述规则化网格单元为四边形网格单元。

可选地，步骤五中，所述3D模型为六面体网格模型。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的基于节点重构的双曲率座舱盖有限元建模方法，建立的座舱盖透明件有限元网格模型除了能够更加快速精准的反应结构的几何特征，同时建立的节点编号可根据用户的需要自行设定，以满足后续进行边缘连接设置的快速定义要求，极大的节约了建模时间，提高了建模效率以及后续处理效率。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的基于节点重构的双曲率座舱盖有限元建模方法流程图；

图2是本申请一个实施方式的基于节点重构的双曲率座舱盖有限元建模方法点云示意图；

图3是本申请一个实施方式的基于节点重构的双曲率座舱盖有限元建模方法虚平面示意图；

图4是本申请一个实施方式的基于节点重构的双曲率座舱盖有限元建模方法插值计算后位置示意图；

图5是本申请一个实施方式的基于节点重构的双曲率座舱盖有限元建模方法网格生成示意图；

图6是本申请一个实施方式的基于节点重构的双曲率座舱盖有限元建模方法3D模型生成示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面结合附图1至图6对本申请做进一步详细说明。

本申请提供了一种基于节点重构的双曲率座舱盖有限元建模方法，包括以下步骤：

步骤一、构建座舱盖的几何模型，获取几何模型上的点的坐标信息，并根据坐标信息生成三维空间下的点云；

步骤二、构建虚平面，将点云的点分别投影到虚平面上，并提取虚平面上的投影点作为节点；

步骤三、获取虚平面上的节点的三维坐标，并根据节点的三维坐标生成规则化网格单元；

步骤四、确定每个规则化网格单元的法向量，并计算节点沿对应法向量的移动距离；

步骤五、根据节点以及距离生成3D模型。

在本申请的一个实施方式中，首先，步骤一中，在CAD中构建座舱盖的几何模型，依据几何模型的曲面的几何有或随机序撒种子，得到几何模型上的点的坐标信息，点的坐标信息格式如下所示：

将点的坐标信息录入到存储空间，存储成为三维空间下的点云，如图2所示。

然后，在步骤二中，构建虚平面，将点云的点分别投影到虚平面上，并提取虚平面上的投影点作为节点。本实施例中，根据设计者的需求构建投影平面函数，例如，延X+向，Z+向等间距，并提取设计者需要的虚平面节点，例如，投影到XZ平面，如图3所示。

进一步，在步骤三中，获取虚平面上的节点的三维坐标，并根据节点的三维坐标生成规则化网格单元。

可以理解的是，本实施例中，通过二元插值获取虚平面上的节点的三维坐标，如图4所示。根据节点的三维坐标生成四边形网格单元，其中，四边形网格单元包括连接节点形成的2D壳单元以及相应的外延单元，如图5所示。

进一步，步骤四中，确定每个规则化网格单元的法向量，并计算节点沿对应法向量的移动距离，该距离为座舱盖结构实际厚度。

最后，在步骤五中，根据节点以及距离生成3D模型，如图6所示。

本申请的基于节点重构的双曲率座舱盖有限元建模方法，使得建模不再需要处理复杂几何，直接以点云插值的方式快速处理CAD曲面，简单，鲁棒性高；本申请是一种可软件化自动化的建模方法，行程程序后，建模效率高，建立符合要求的网格效率提高至少5倍，后续处理效率提升3倍；以往的有限元网格绘制程序不能做到节点布置规则的提供，本申请的节点、单元信息可控完全规则可控，对于模型的二次处理和模型重用提出了较大的帮助。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。