一種高應(yīng)力區(qū)有限元網(wǎng)格模型精度的評(píng)判方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有限元模型分析技術(shù)，具體涉及一種高應(yīng)力區(qū)有限元網(wǎng)格模型精度的評(píng)判方法。
【背景技術(shù)】
[0002]有限元網(wǎng)格模型的建立是有限元分析的基礎(chǔ)步驟之一，網(wǎng)格模型的好壞直接影響著有限元分析結(jié)果的收斂性和分析精度。一般而言，采用較粗的網(wǎng)格模型，分析的收斂性能和效率會(huì)得到提高，但同時(shí)也可能會(huì)造成分析結(jié)果，特別是高應(yīng)力區(qū)(應(yīng)力值較高的區(qū)域，一般指單元節(jié)點(diǎn)應(yīng)力絕對(duì)值高于整體模型最大絕對(duì)值應(yīng)力50%的區(qū)域)分析結(jié)果的精度下降，給后續(xù)的強(qiáng)度校核或疲勞評(píng)估帶來不利的影響。
[0003]目前分析人員一般采用經(jīng)驗(yàn)法對(duì)網(wǎng)格模型精度(網(wǎng)格模型劃分的粗細(xì)程度)進(jìn)行評(píng)判，不具備推廣性，因此需要建立一種合適高應(yīng)力區(qū)的網(wǎng)格模型精度評(píng)判方法。有限元分析一般先對(duì)單元的積分點(diǎn)進(jìn)行求解，在得到單元積分點(diǎn)的應(yīng)力后，通過差值外推得到節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力。對(duì)于有限元模型，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可能是多個(gè)單元的公共節(jié)點(diǎn)，那么這些單元對(duì)這個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)外推不同結(jié)果。因此，有限元分析得到的應(yīng)力或應(yīng)變場(chǎng)在全域是不連續(xù)的，為此，在結(jié)果處理中，一般會(huì)采用一定方式對(duì)這些節(jié)點(diǎn)結(jié)果進(jìn)行應(yīng)力平均處理得到連續(xù)的應(yīng)力場(chǎng)(如Abaqus軟件采用條件平均法，設(shè)定了一個(gè)門檻值，當(dāng)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力差值小于門檻值，節(jié)點(diǎn)的結(jié)果進(jìn)行平均處理)。如果網(wǎng)格的精度較低，就會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力差值較大，造成單元結(jié)果的不連續(xù)，可以以此來評(píng)判網(wǎng)格模型的精度。
[0004]現(xiàn)有的有限元網(wǎng)格模型精度的評(píng)判方法存在下述缺點(diǎn):1、適用范圍窄:由于采用人工的評(píng)判方式，因此一般只應(yīng)用于模型的表面網(wǎng)格或較簡(jiǎn)單的網(wǎng)格模型；對(duì)于模型的內(nèi)部網(wǎng)格或復(fù)雜網(wǎng)格模型，采用人工經(jīng)驗(yàn)法，對(duì)分析人員的要求較高。2、不具備推廣性:由于采用人工經(jīng)驗(yàn)評(píng)判方式，評(píng)判結(jié)果受分析人員的主觀影響較大，沒有具體的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，不具備推廣性。3、評(píng)判結(jié)果精度較低:對(duì)于復(fù)雜網(wǎng)格模型，人工經(jīng)驗(yàn)法較易出現(xiàn)漏判或誤判的結(jié)果，導(dǎo)致評(píng)判的精度較低。4、評(píng)判結(jié)果不具備可視化:人工經(jīng)驗(yàn)法只能指出網(wǎng)格模型精度較差的大概區(qū)域，不能提供可視化的評(píng)判結(jié)果，不利用網(wǎng)格模型優(yōu)化的設(shè)計(jì)指導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供一種適用范圍廣、可推廣性好、評(píng)判精度高、評(píng)判結(jié)果可視化、適合復(fù)雜模型的全局評(píng)判、使用方便快捷的高應(yīng)力區(qū)有限元網(wǎng)格模型精度的評(píng)判方法。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種高應(yīng)力區(qū)有限元網(wǎng)格模型精度的評(píng)判方法，步驟包括:
1)創(chuàng)建目標(biāo)幾何模型的有限元網(wǎng)格模型并進(jìn)行仿真分析；
2)依次提取所有單元節(jié)點(diǎn)的各向未平均狀態(tài)應(yīng)力以及平均狀態(tài)應(yīng)力；
3)根據(jù)網(wǎng)格模型中各單元節(jié)點(diǎn)的各向未平均狀態(tài)應(yīng)力以及平均狀態(tài)應(yīng)力計(jì)算網(wǎng)格模型中各單元節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力最大變化率；
4)根據(jù)平均狀態(tài)應(yīng)力判斷各單元節(jié)點(diǎn)是否屬于高應(yīng)力區(qū)；
5)針對(duì)所有屬于高應(yīng)力區(qū)的單元節(jié)點(diǎn)，如果該單元節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力變化率大于預(yù)設(shè)變化率閾值，則標(biāo)記該單元節(jié)點(diǎn)相鄰的所有單元為精度不滿足要求的高應(yīng)力區(qū)域；
6)生成帶有精度不滿足要求的高應(yīng)力區(qū)域的網(wǎng)格模型圖像。
[0007]優(yōu)選地，所述步驟3)的詳細(xì)步驟包括:
3.1)根據(jù)式(I)計(jì)算網(wǎng)格模型中各單元節(jié)點(diǎn)各向的應(yīng)力變化率；
Δ S=|S1-S2|/|S2(I)
式(I)中，Λ S表示網(wǎng)格模型中某一單元節(jié)點(diǎn)的某一向的應(yīng)力變化率，SI表示該單元節(jié)點(diǎn)該向的未平均狀態(tài)應(yīng)力，S2表示該單元節(jié)點(diǎn)該向的平均狀態(tài)應(yīng)力；
3.2)提取網(wǎng)格模型中各向的整體最大絕對(duì)值應(yīng)力，針對(duì)網(wǎng)格模型中各單元節(jié)點(diǎn)的各向，判斷該單元節(jié)點(diǎn)該向的平均狀態(tài)應(yīng)力的絕對(duì)值大于網(wǎng)格模型中該向的整體最大絕對(duì)值應(yīng)力的預(yù)設(shè)應(yīng)力比率是否成立，如果成立則判定該單元節(jié)點(diǎn)該向的應(yīng)力變化率為有效的應(yīng)力變化率，否則判定該單元節(jié)點(diǎn)該向的應(yīng)力變化率為無效的應(yīng)力變化率；
3.3)針對(duì)每一個(gè)單元節(jié)點(diǎn)，從該單元節(jié)點(diǎn)各向的應(yīng)力變化率中選擇一個(gè)值最大的有效的應(yīng)力變化率，作為該單元節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力最大變化率。
[0008]優(yōu)選地，所述步驟4)的詳細(xì)步驟如下:針對(duì)每一個(gè)單元節(jié)點(diǎn)，判斷該單元節(jié)點(diǎn)任一方向的平均狀態(tài)應(yīng)力大于網(wǎng)格模型中該向的整體最大絕對(duì)值應(yīng)力的預(yù)設(shè)應(yīng)力比率是否成立，如果成立則判定該單元節(jié)點(diǎn)屬于高應(yīng)力區(qū)，否則判定該單元節(jié)點(diǎn)屬于低應(yīng)力區(qū)。
[0009]優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)應(yīng)力比率的預(yù)設(shè)值為50%。
[0010]優(yōu)選地，所述步驟5)的詳細(xì)步驟如下:針對(duì)所有屬于高應(yīng)力區(qū)的每一個(gè)單元節(jié)點(diǎn)，如果該單元節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力最大變化率大于預(yù)設(shè)變化率閾值，則標(biāo)記該單元節(jié)點(diǎn)相鄰的所有單元為用于表示為精度不滿足要求的高應(yīng)力區(qū)域的值1，否則標(biāo)記該單元節(jié)點(diǎn)相鄰的所有單元為用于表示為精度滿足要求的高應(yīng)力區(qū)域的值O。
[0011]優(yōu)選地，所述步驟5)中的預(yù)設(shè)變化率閾值的預(yù)設(shè)值為20%。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟6)中生成帶有精度不滿足要求的高應(yīng)力區(qū)域的網(wǎng)格模型圖像時(shí)，將標(biāo)記為I的精度不滿足要求的高應(yīng)力區(qū)域進(jìn)行可視化處理著色為第一顏色，將標(biāo)記為O的精度滿足要求的高應(yīng)力區(qū)域進(jìn)行可視化處理著色為第二顏色，所述第一顏色和第二顏色不同。
[0013]本發(fā)明高應(yīng)力區(qū)有限元網(wǎng)格模型精度的評(píng)判方法具有下述優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明依次提取所有單元節(jié)點(diǎn)各向的未平均狀態(tài)應(yīng)力以及平均狀態(tài)應(yīng)力，提取網(wǎng)格模型中各向的整體最大絕對(duì)值應(yīng)力，根據(jù)平均狀態(tài)應(yīng)力判斷各單元節(jié)點(diǎn)是否屬于高應(yīng)力區(qū)，根據(jù)網(wǎng)格模型中各單元節(jié)點(diǎn)各向的未平均狀態(tài)應(yīng)力以及平均狀態(tài)應(yīng)力計(jì)算網(wǎng)格模型中各節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力最大變化率，針對(duì)所有屬于高應(yīng)力區(qū)的單元節(jié)點(diǎn)，如果該單元節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力變化率大于預(yù)設(shè)變化率閾值，則標(biāo)記該單元節(jié)點(diǎn)相鄰的所有單元為精度不滿足要求的高應(yīng)力區(qū)域，生成帶有精度不滿足要求的高應(yīng)力區(qū)域的網(wǎng)格模型圖像，其優(yōu)勢(shì)在于設(shè)定了高應(yīng)力區(qū)網(wǎng)格模型精度的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，并實(shí)現(xiàn)了評(píng)判結(jié)果可視化，使分析人員可以有效地確定高應(yīng)力區(qū)不滿足精度要求的網(wǎng)格模型區(qū)域，克服了傳統(tǒng)的以分析人員的經(jīng)驗(yàn)為主的網(wǎng)格模型精度評(píng)判方法的不足(即主觀性較強(qiáng)、沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)并且對(duì)復(fù)雜模型難以全局評(píng)判)，無論采用何種網(wǎng)格類型以及網(wǎng)格模型的復(fù)雜程度，本發(fā)明的評(píng)判方法都能完成網(wǎng)格評(píng)判并生成可視化評(píng)判結(jié)果，給分析人員提供網(wǎng)格劃分指導(dǎo)，從而得到準(zhǔn)確的仿真分析結(jié)果，具有適用范圍廣、可推廣性好、評(píng)判精度高、評(píng)判結(jié)果可視化、適合復(fù)雜模型的全局評(píng)判、使用方便快捷的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例方法的基本步驟示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中目標(biāo)幾何模型的結(jié)構(gòu)及載荷示意圖。
[0016]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中創(chuàng)建的網(wǎng)格模型示意圖。
[0017]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中仿真分析得到的各向應(yīng)力結(jié)果。
[0018]圖5為本發(fā)明實(shí)施例中選取的節(jié)點(diǎn)及單元實(shí)例。
[0019]圖6為本發(fā)明實(shí)施例中選取的節(jié)點(diǎn)及單元的應(yīng)力變化率數(shù)據(jù)表。
[0020]圖7為本發(fā)明實(shí)施例得到的包含精度不滿足要求的高應(yīng)力區(qū)域的網(wǎng)格模型圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1所示，本實(shí)施例高應(yīng)力區(qū)有限元網(wǎng)格模型精度的評(píng)判方法的步驟包括:
1)創(chuàng)建目標(biāo)幾何模型的有限元網(wǎng)格模型并進(jìn)行仿真分析；如圖2所示，本實(shí)施例的目標(biāo)幾何模型為一個(gè)承受10MPa拉力的100X 100X Imm的金屬平板，其中心位置有一個(gè)Φ20πιπι的圓孔。創(chuàng)建有限元網(wǎng)格模型所使用的有限元分析軟件為ABAQUS軟件，創(chuàng)建得到的網(wǎng)格模型如圖3所示，進(jìn)行仿真分析得到的各向應(yīng)力結(jié)果如圖4所示；
2)依次提取所有單元節(jié)點(diǎn)的各向未平均狀態(tài)應(yīng)力以及平均狀態(tài)應(yīng)力；
3)根據(jù)網(wǎng)格模型中各單元節(jié)點(diǎn)的各向未平均狀態(tài)應(yīng)力以及平均狀態(tài)應(yīng)力(多個(gè)單元公共節(jié)點(diǎn)外推應(yīng)力值的平均值)計(jì)算網(wǎng)格模型中各單元節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力最大變化率；
4)根據(jù)平均狀態(tài)應(yīng)力判斷各單元節(jié)點(diǎn)是否屬于