【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于顯示動力學(xué)，涉及一種適用于復(fù)雜非協(xié)調(diào)cad模型薄殼結(jié)構(gòu)大變形的等幾何顯示動力學(xué)分析方法。
技術(shù)介紹
1、在有限元方法(finite?element?method，fem)中，cad(auto?computer?aideddesign，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))設(shè)計(jì)模型與cae(computer-aided?engineering，計(jì)算機(jī)輔助工程)工程模型使用不同的數(shù)學(xué)語言描述。cad設(shè)計(jì)模型到cae工程模型的過渡，需要進(jìn)行費(fèi)時的網(wǎng)格劃分處理，這種劃分操作是一種離散近似的思想，存在一定誤差。且網(wǎng)格劃分過程為了獲得高質(zhì)量網(wǎng)格單元，需要局部細(xì)化處理，細(xì)化操作還會導(dǎo)致單元之間參數(shù)不協(xié)調(diào)的問題。如果可以將cad模型直接用于計(jì)算求解，無需網(wǎng)格劃分等耗時的額外操作，將會消除有限元分析方法現(xiàn)存在問題。
2、非均質(zhì)有理b樣條(non-uniform?rational?b-splines，nurbs),是一種在cad設(shè)計(jì)中廣泛使用的造型和插值工具，被各類cad設(shè)計(jì)軟件作為曲面建模的一種造型方法,基于nurbs建模的曲面被稱為nurbs曲面。hughes等提出基于非均質(zhì)有理b樣條理論的等幾何分析(isogeometricanalysis，iga)，等幾何使用nurbs(非均勻有理b樣條)曲線和曲面作為分析工程模型的幾何基礎(chǔ)，這與cad設(shè)計(jì)模型中使用的表示方式相同，分析過程中避免了復(fù)雜的網(wǎng)格劃分過程，可以將cad設(shè)計(jì)模型直接作為cae工程模型使用，目前已經(jīng)推廣到經(jīng)典有限元分析的各個領(lǐng)域中。復(fù)雜cad設(shè)計(jì)模型通常包含非協(xié)調(diào)的nurbs曲面
3、物質(zhì)點(diǎn)法(material?point?method,mpm)是一種具有拉格朗日-歐拉方法(拉格朗日粒子與歐拉背景網(wǎng)格)雙重描述的數(shù)值計(jì)算方法，可以有效處理大變形問題。因其動量方程在歐拉背景網(wǎng)格上求解，所以可以將原本不協(xié)調(diào)的nurbs曲面投影到協(xié)調(diào)的背景網(wǎng)格后求解。采用拉格朗日和歐拉方法雙重描述的物質(zhì)點(diǎn)法框架可以處理在分析不連續(xù)的nurbs曲面構(gòu)成的設(shè)計(jì)模型避免添加額外的耦合算法。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)點(diǎn)法的背景網(wǎng)格多使用線性插值函數(shù)，拉格朗日粒子使用質(zhì)點(diǎn)表示，這樣當(dāng)物質(zhì)點(diǎn)從當(dāng)前背景網(wǎng)格穿過邊界到另一個背景網(wǎng)格時會產(chǎn)生數(shù)值噪聲。為了解決該問題學(xué)者們做出了很多努力。2004年，bardenhagen等提出了廣義插值物質(zhì)點(diǎn)法(gimp)，該方法使用特征函數(shù)描述拉格朗日粒子，從而對形函數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，使得形函數(shù)在邊界處具有連續(xù)性，消除了標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)點(diǎn)法的數(shù)值噪聲。sadeghirad等在gimp的基礎(chǔ)上，提出對流粒子域插值物質(zhì)點(diǎn)法(cpdi1)，使用兩個向量表示物質(zhì)點(diǎn)區(qū)域，允許物質(zhì)點(diǎn)區(qū)域剪切變形，解決了gimp難以處理平行四邊形物質(zhì)點(diǎn)區(qū)域的問題。隨后sadeghirad等使用線性拉格朗日基函數(shù)提出了改進(jìn)的對流粒子域插值物質(zhì)點(diǎn)法(cpdi2)，該方法允許物質(zhì)點(diǎn)任意變形，消除了cpdi1方法中因物質(zhì)點(diǎn)變形，物質(zhì)區(qū)域有縫隙的問題。wang等提出了gpdm方法，可以直接基于cad數(shù)據(jù)進(jìn)行大變形分析。本專利技術(shù)在gpdm框架內(nèi)研究非協(xié)調(diào)復(fù)雜cad模型薄殼結(jié)構(gòu)大變形的顯示動力學(xué)問題
4、殼理論的發(fā)展及殼結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬是相關(guān)研究的中心議題，板殼理論的復(fù)雜性和多樣性也給數(shù)值方法帶來了挑戰(zhàn)。殼理論本質(zhì)上是采用數(shù)學(xué)上的二維構(gòu)型模型去描述一個三維空間中的薄壁結(jié)構(gòu)。薄殼結(jié)構(gòu)在大變形過程中會產(chǎn)生顯著的幾何非線性，即變形后結(jié)構(gòu)的幾何形狀與初始狀態(tài)差異較大，在大變形下易發(fā)生屈曲或失穩(wěn)現(xiàn)象，其應(yīng)力狀態(tài)和變形模式會迅速改變。屈曲導(dǎo)致應(yīng)力分布的突變，從而使得計(jì)算精度和收斂性難以保證，進(jìn)而增加了解題復(fù)雜性。針對薄殼結(jié)構(gòu)大變形的有效求解算法，是顯示動力學(xué)研究中的一個重要難題。
5、本專利技術(shù)提出一種全新用于求解非協(xié)調(diào)復(fù)雜cad模型薄殼結(jié)構(gòu)大變形分析的等幾何顯示動力學(xué)計(jì)算方法。通過cad設(shè)計(jì)模型的nurbs曲面信息生成物質(zhì)點(diǎn)，在gpdm物質(zhì)點(diǎn)法的框架下通過物質(zhì)點(diǎn)與每一個nurbs單元的控制點(diǎn)映射形成一個物質(zhì)點(diǎn)區(qū)域，每一個物質(zhì)點(diǎn)區(qū)域表示一個殼單元，通過物質(zhì)點(diǎn)到nurbs單元控制點(diǎn)再到背景網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的雙重映射計(jì)算基函數(shù)，在背景網(wǎng)格上求解動量方程，更新背景網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)位置，再映射回物質(zhì)點(diǎn)并更新物質(zhì)點(diǎn)位置、速度并在物質(zhì)點(diǎn)區(qū)域內(nèi)基于等幾何殼單元理論更新內(nèi)力，從而實(shí)現(xiàn)一種適用于復(fù)雜非協(xié)調(diào)cad模型薄殼結(jié)構(gòu)大變形的等幾何顯示動力學(xué)分析方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)對復(fù)雜非協(xié)調(diào)cad模型的適應(yīng)性較差且處理非協(xié)調(diào)nurbs耦合復(fù)雜，導(dǎo)致分析結(jié)果不準(zhǔn)確、計(jì)算效率低下的缺陷，本專利技術(shù)提供了用于求解非協(xié)調(diào)復(fù)雜cad模型薄殼結(jié)構(gòu)大變形分析的等幾何顯示動力學(xué)分析方法。
2、為了達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為：
3、一種用于求解非協(xié)調(diào)復(fù)雜cad模型薄殼結(jié)構(gòu)大變形分析的等幾何顯示動力學(xué)計(jì)算方法，該方法分為模型讀取、算法求解和結(jié)果處理三個階段，具體步驟如下：s1：輸入cad設(shè)計(jì)模型，獲取cad設(shè)計(jì)模型的nurbs參數(shù)，包括nurbs曲面數(shù)量、曲面次數(shù)、物體參數(shù)空間網(wǎng)格拓?fù)湫畔ⅰurbs曲面控制頂點(diǎn)的幾何位置及其權(quán)因子、nurbs單元信息、每個nurbs單元對應(yīng)的控制點(diǎn)位置。s2:對cad設(shè)計(jì)模型進(jìn)行薄殼結(jié)構(gòu)大變形的等幾何顯示動力學(xué)求解分析。s3：輸出等幾何顯示動力學(xué)計(jì)算結(jié)果。具體包括以下步驟：
4、s1：輸入薄殼結(jié)構(gòu)cad設(shè)計(jì)模型，讀取cad設(shè)計(jì)模型的幾何尺寸，cad設(shè)計(jì)模型的nurbs參數(shù)包括nurbs曲面、nurbs曲面數(shù)量、nurbs曲面次數(shù)、物體參數(shù)空間網(wǎng)格拓?fù)湫畔ⅰurbs曲面控制頂點(diǎn)及其權(quán)重因子、nurbs單元信息、nurbs控制點(diǎn)基函數(shù)。
5、s2：對薄殼結(jié)構(gòu)cad設(shè)計(jì)模型進(jìn)行薄殼結(jié)構(gòu)大變形的等幾何顯示動力學(xué)求解分析。
6、s21：對s1所述的cad設(shè)計(jì)模型，添加薄殼結(jié)構(gòu)大變形等幾何顯示動力學(xué)分析計(jì)算參數(shù)，其中，顯示動力學(xué)分析計(jì)算參數(shù)包括：s1獲取的每一個nurbs單元的材料信息、s1獲取的每一個nurbs單元的初始邊界條件、薄殼厚度、等幾何顯示動力學(xué)分析求解總時長tend、等幾何顯示動力學(xué)分析求解初始時刻t0。
7、進(jìn)一步的，所述s21中，nurbs單元的材料信息包括：每一個nurbs單元的材料密度、質(zhì)量、彈性模量、泊松比、體積、體積模量、剪切模量等詳細(xì)屬性。
8、進(jìn)一步的，所述s21中，nurbs單元的初始邊界條件包括：每一個nurbs單元的初速度，外力，約束條件。
9、s22：由s1得到的nubrs單元信息生成物質(zhì)點(diǎn)，每一個nurbs單元與一個物質(zhì)點(diǎn)一一對應(yīng)；并將s21獲取的每一個nurbs單元的材料信息、邊界條件賦予與其對應(yīng)的物質(zhì)點(diǎn)，同時將薄殼厚度這一參數(shù)也賦予每個物質(zhì)點(diǎn)。通過這樣的操作本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種用于求解非協(xié)調(diào)復(fù)雜CAD模型薄殼結(jié)構(gòu)大變形分析的等幾何顯示動力學(xué)計(jì)算方法，其特征在于，所述的方法包括模型讀取、算法求解和結(jié)果處理三個階段，具體如下：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于求解非協(xié)調(diào)復(fù)雜CAD模型薄殼結(jié)構(gòu)大變形分析的等幾何顯示動力學(xué)計(jì)算方法，其特征在于，所述S21中，NURBS單元的材料信息包括：每一個NURBS單元的材料密度、質(zhì)量、彈性模量、泊松比、體積、體積模量、剪切模量；所述S21中，NURBS單元的初始邊界條件包括：每一個NURBS單元的初速度、外力、約束條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于求解非協(xié)調(diào)復(fù)雜CAD模型薄殼結(jié)構(gòu)大變形分析的等幾何顯示動力學(xué)計(jì)算方法，其特征在于，所述S23中，背景網(wǎng)格的幾何大小不小于S1所述的CAD設(shè)計(jì)模型的幾何尺寸，背景網(wǎng)格的單元大小不小于S1所述的NURBS單元平均尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于求解非協(xié)調(diào)復(fù)雜CAD模型薄殼結(jié)構(gòu)大變形分析的等幾何顯示動力學(xué)計(jì)算方法，所述的S4具體如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于求解非協(xié)調(diào)復(fù)雜CAD模型薄殼結(jié)構(gòu)大變形分析的等幾
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于求解非協(xié)調(diào)復(fù)雜CAD模型薄殼結(jié)構(gòu)大變形分析的等幾何顯示動力學(xué)計(jì)算方法，所述的S6具體如下：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于求解非協(xié)調(diào)復(fù)雜CAD模型薄殼結(jié)構(gòu)大變形分析的等幾何顯示動力學(xué)計(jì)算方法，所述的S7具體如下：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于求解非協(xié)調(diào)復(fù)雜CAD模型薄殼結(jié)構(gòu)大變形分析的等幾何顯示動力學(xué)計(jì)算方法，所述的S9具體如下：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于求解非協(xié)調(diào)復(fù)雜cad模型薄殼結(jié)構(gòu)大變形分析的等幾何顯示動力學(xué)計(jì)算方法，其特征在于，所述的方法包括模型讀取、算法求解和結(jié)果處理三個階段，具體如下：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于求解非協(xié)調(diào)復(fù)雜cad模型薄殼結(jié)構(gòu)大變形分析的等幾何顯示動力學(xué)計(jì)算方法，其特征在于，所述s21中，nurbs單元的材料信息包括：每一個nurbs單元的材料密度、質(zhì)量、彈性模量、泊松比、體積、體積模量、剪切模量；所述s21中，nurbs單元的初始邊界條件包括：每一個nurbs單元的初速度、外力、約束條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于求解非協(xié)調(diào)復(fù)雜cad模型薄殼結(jié)構(gòu)大變形分析的等幾何顯示動力學(xué)計(jì)算方法，其特征在于，所述s23中，背景網(wǎng)格的幾何大小不小于s1所述的cad設(shè)計(jì)模型的幾何尺寸，背景網(wǎng)格的單元大...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王長生，沐靖宇，張向奎，
申請(專利權(quán))人：大連理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。