一種點蝕損傷圓柱殼的四邊形有限元網格自動生成方法
【專利摘要】本發明公開了一種點蝕損傷圓柱殼的四邊形有限元網格自動生成方法，在有限元軟件中對點蝕損傷圓柱殼模型關鍵幾何尺寸進行參數化設定，通過分段表達構建圓柱殼的端部完善區域、點蝕區域和點蝕間隔區的三個標準的基本分段，利用拷貝、平移和分割的方法構建包含多層點蝕區域、點蝕間隔區以及端部完善區域的整體點蝕損傷圓柱殼的幾何模型，根據點坑位置及各分區的尺寸特征將幾何模型分組，設定各分組對象區域邊界的網格劃分數目，利用映射MAPPED和AMAP劃分圓柱殼整體模型，最終生成四邊形網格單元的整體有限元模型；解決了宏觀尺度結構中的細觀點蝕損傷描述問題，提高了仿真計算的求解精度和求解效率。
【專利說明】-種點蝕損傷圓柱殼的四邊形有限元網格自動生成方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種點蝕損傷圓柱殼有限元建模方法，更具體地說，本發明涉及一種 可實現四邊形網格劃分，用于更精確分析圓柱殼的受局部損傷引起的應力集中、點蝕損傷 演化和研究點蝕損傷影響結構承載力規律的圓柱殼模型參數化構建方法。
【背景技術】
[0002] 樁基式平臺的大部分腿柱工作在受海洋環境侵蝕的狀態，特別在浪花飛濺區是平 臺結構受腐蝕損傷最為嚴重的區域。腐蝕會削弱構件的極限強度，局部損傷如點蝕和溝槽 等對構件強度的影響較為復雜，通常為了處理方便，譬如研究結構的可靠性，將點蝕損傷等 效為均勻腐蝕處理，然而這種等效并不準確，很難定義合適的等效厚度。平臺腿柱為樁基式 平臺結構的主要傳力構件，各類設計規范只能借助較為抽象的缺陷系數考慮各類初始缺陷 的綜合影響，其承載力受點坑損傷影響的規律還不明確，在受點蝕損傷影響的承載力研究 方面還未見相關報道。因此，迫切需要深入研究含局部點蝕損傷的平臺腿柱以及整體結構 承載力的真實狀況，以及時采取維修加固措施，確保平臺的安全服役，最大限度地延長其使 用壽命，獲得最大的經濟效益。
[0003] 綜合現有的點蝕損傷研究表明，點蝕損傷的研究存在兩個困難，其一為缺乏權威 的數學模型描述點蝕損傷，其二為缺乏點蝕損傷數學模型在有限元模型中的描述方法。圓 柱殼有限元模型作為結構整體性能分析和構件分析的載體，由于損傷的細觀尺度與結構的 宏觀尺度之間存在巨大差異，如何在同一有限元模型中實現不同尺度的物理模型的描述是 問題的關鍵。這種差異給整體結構性能的研究帶來了很大的障礙，因此，有必要提出一種在 建模階段就考慮網格劃分的建模方法，實現考慮點蝕損傷描述的圓柱殼四邊形網格劃分， 改善含局部損傷圓柱殼有限元模型網格劃分質量，從而解決不同尺度物理模型的描述問 題，提高仿真計算的求解精度和效率。
【發明內容】
[0004] 本發明的主要目的是提供一種點蝕損傷圓柱殼的四邊形有限元網格自動生成方 法，改善含局部損傷圓柱殼有限元模型網格劃分質量，從而解決不同尺度物理模型的描述 問題，提高仿真計算的求解精度和效率。
[0005] 本發明采用的技術方案是包含下述步驟： (1) 在有限元軟件中對點蝕損傷圓柱殼的關鍵幾何尺寸進行參數化設定，關鍵幾何尺 寸包括：圓柱殼的中面半徑兄殼體厚度?、圓柱殼長度Z、點蝕損傷深度A、點蝕損傷直徑?/、 點蝕影響區長度7=?//2、周向的點坑數目#、縱軸向的點坑層數Λ端部完善區長度A; (2) 根據圓周方向的點坑數目i#P圓柱殼的中面半徑/?，建立由4?等長圓弧組成 的半徑為雄]圓，并將該分段的圓沿縱軸向拉伸成為分段的圓柱殼；將分段的圓柱殼沿 縱軸向分割為長為A的端部完善區域標準段1、長為厶=42/的點蝕區域標準段2、長為 4=(廠2心-2〇!)八，1)-2亦勺點蝕間隔區標準段3;在點蝕區域Z2內，沿圓柱殼周向建立# 個與圓柱殼正交的直徑為4?圓柱體，各圓柱體正好處于點坑所在位置，且圓柱體的軸線 均指向圓柱殼橫截面中心；利用所述圓柱體的外表面分割構建的圓柱殼上與其正交的點蝕 區，建立點蝕區標準段； (3) 以步驟（2)的標準分段為對象，利用拷貝和平移的方法構建整體點蝕損傷圓柱殼的 幾何模型； (4) 按點坑位置沿圓周向分割步驟（3)構建的圓柱殼幾何模型； (5) 根據點坑位置及各分區的尺寸特征，對步驟（4)構建的圓柱殼幾何模型各典型分區 進行分組； (6) 根據步驟（5)的分組，設定各組對象的區域邊界網格劃分數目； (7) 利用映射劃分整個點蝕圓柱殼的幾何模型，生成四邊形單元網格有限元模型。
[0006] 本發明的優點如下： 1、能根據點蝕損傷的尺寸及其分布密度，將包含均勻分布點蝕損傷的圓柱殼劃分為規 則的四邊形網格。
[0007]2、解決了宏觀尺度結構中的細觀點蝕損傷描述問題，提高了仿真計算的求解精度 和求解效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008] 圖1是點蝕損傷圓柱殼的主視結構圖以及圓柱殼的主要幾何參數及建立模型的 坐標系； 圖2是圖1的I-I剖面圖以及主要幾何參數及建立模型的坐標系； 圖3是利用圖1和圖2中的參數構建的三個標準分段的幾何模型，圓柱殼未被點坑分 割； 圖4是利用圖1和圖2中的參數構建的三個標準分段的幾何模型，圓柱殼被點坑分割； 圖5是利用圖4中的標準分段1、2和3拷貝和平移得到的點蝕損傷圓柱殼的整體幾何 模型； 圖6是將圖4中的幾何模型根據點坑分布特征進行分割，以便后續分組，分割后標準分 段1歸入端部完善區組4、標準分段2歸入點蝕區組5、標準分段3歸入點蝕間隔區組9所 獲得的點蝕損傷圓柱殼分割后的幾何模型； 圖7是點蝕損傷圓柱殼的分組幾何模型，圖7 (a)是將圖6中分別以1、2和3為基準 生成的幾何歸入相同組，并重點細化點坑區域的點蝕區組5 ;圖7 (b)是將點蝕區組5細化 為點坑組6,圖7 (c)是點蝕影響區組7，圖7 (d)是點蝕區完善區組8; 圖8是利用AMP劃分時，圖7中點蝕影響區組7中的任一面經識別后的有向邊示意圖， "Π"是點蝕影響區的任一面； 圖9是圖8中任一面"II"經識別后的有向邊，由關鍵點Pl、P2、P3至P4標識； 圖10是圓柱殼的整體有限元模型和局部點坑精細網格圖，由圖6中的幾何模型，利用 圖8的AMP和MAPPED劃分網格技術得到的劃分結束后整體結構的有限元模型； 圖11是圖10中III局部放大圖，為精確控制網格質量的點蝕區。
[0009] 附圖標記說明： 1 一端部完善區標準段；2-點蝕區標準段；3-點蝕間隔區標準段；4 一端部完善區組， 由1生成；5-點蝕區組，由標準段2生成；6-點坑組，點蝕區組5中的點坑區；7-點蝕影響 區組，點蝕區組5中的點蝕影響區；8-點蝕區完善區組，點蝕區組5中的除點坑區和點蝕影 響區外的部分；9一點蝕間隔區組，由標準段3生成；10-沿沒正向偏離點坑中心+27的 縱軸向分割線；11一沿負向偏離點坑中心-2/的縱軸向分割線；12-點坑組6與點蝕影 響區組7的共同邊界線；P圓柱殼的中面半徑；?一殼體厚度；Z-圓柱殼長度；P圓管外 徑；P點蝕損傷深度點蝕損傷直徑；7-點蝕影響區長度；Α-端部完善區長度；Z2- 點蝕區長度；Z3-點蝕間隔區長度。
【具體實施方式】
[0010] 參見圖1和圖2所示的點蝕損傷圓柱殼，在有限元軟件中對該點蝕損傷圓柱殼的 關鍵幾何尺寸進行參數化設定，關鍵幾何尺寸包括：圓柱殼的中面半徑兄殼體厚度?、圓柱 殼總長度A圓管外徑決27?+?、點蝕損傷深度Α、點蝕損傷直徑?/、點蝕影響區長度7=〇/2、沿 圓柱殼的圓周方向的點坑數目見沿圓柱殼的縱軸向的點坑層數Ar、端部完善區長度Α。縱 軸向為圓柱殼的長度方向（圖1中的ζ軸向），圓周向為沿橫截面（圖1中平面）的環向。 [0011]參見圖3和圖4,圖3是未被點坑分割的圓柱殼，圖4是被點坑分割后的圓柱殼，將 圓柱殼沿縱軸向劃分為三個標準段，利用分段表達法構建點蝕損傷圓柱殼沿縱軸向的三個 基本分段幾何模型，具體構建方法包含以下步驟： 1) 利用有限元軟件的幾何構建功能，根據圓周方向的點坑數目i#p圓柱殼的中面半徑 兄建立由4?等長圓弧組成的半徑為礎勺圓，并將該分段的圓沿縱軸向拉伸成為分段的圓 柱殼，第i個殼體在圓周上所對應的角度范圍為[2 ( 2i/#]，其中i=l，……， Μ； 2) 將步驟1)中分段的圓柱殼沿縱軸向分割為三段，如圖3,分別為：長為&的端部完 善區域（圖4中的標準段1)，長為4=^2/的點蝕區域。由點坑及其影響區組成（圖4中的 標準段2)，長為Z3=(UA-Zo)八，1)_2咖點蝕間隔區（圖4中的標準段3); 3) 利用有限元軟件的幾何構建功能，在圓柱坐標系（/?_沒下，在步驟2)構建的 點蝕區域/2內，根據周向點坑數目i#P點蝕損傷直徑4沿圓柱殼周向建立與圓柱殼 正交的直徑為亦勺圓柱體，各圓柱體正好處于圖2中I-I剖面點坑所在位置，且在圖2中 I-I剖面內，直徑為難]圓柱體的軸線均指向圓柱殼橫截面中心，參見圖4。
[0012] 4)利用步驟3)構建的圓柱體的外表面分割(布爾運算）步驟2)構建的圓柱殼上 與其正交的點蝕區，因沿周向圓柱體的個數與圓柱殼的分段數均為私故第J個圓柱體表面 只與圓柱殼上對應角度為[2πC/-1)/? 2πj/#]的殼體切割，由此建立點蝕區標準段（圖 4中的標準段2)。
[0013]參見圖5，構建整體圓柱殼幾何模型，以圖4中的標準分段1、2和3為基本對象，利 用沿縱軸向拷貝和平移的方法構建整體點蝕損傷圓柱殼的幾何模型，具體如下： 1) 根據縱軸向的點坑層數況將圖4中長度為Z2的點蝕區標準段2拷貝并沿縱軸向平 移Aj欠，平移距尚為Z3+2￠/; 2) 根據縱軸向的點坑層數況將圖4中長度為Z3的點蝕間隔區標準段3拷貝并沿縱軸 向平移展1次，平移距尚為^3+2^/; 3) 根據圓柱殼長度Z，將圖4中長度為Z1的端部完善區標準段1拷貝并沿縱軸向平移 1次，平移距離為Z-Z1; 4) 利用有限元軟件的面邊界連接功能，將步驟1)至步驟3)構建的各分段連接為整體， 此時點蝕損傷圓柱殼沿縱軸向共分割為3斯1段，沿周向共分割為顧契。
[0014] 參見圖6,分割整體幾何模型，按點坑位置沿周向分割圖5中的圓柱殼幾何模型， 具體是： 1) 在柱坐標系（W-沒-Z)下，對圖5中的圓柱殼幾何模型沿圓周向的第i個殼體，在 t汐平面內沿汐正向偏離點坑中心+2/弧長的位置將其沿縱軸向分割，參見圖6中的分 割線10,使圓柱殼沿周向分割為2顧契； 2) 在柱坐標系下，對圖5中的圓柱殼幾何模型沿圓周向的第j個殼體，在TP-沒平面 內沿汐負向偏離點坑中心-2/弧長的位置將其沿縱軸向分割，參見圖6中的分割線11，使 圓柱殼沿周向分割為3顧契； 3) 利用有限元軟件的面邊界連接功能，將步驟1)至步驟3)構建的各基本分段連接為 整體，此時點蝕損傷圓柱殼沿縱軸向共分割為3斯1段，沿周向共分割為3顧契。
[0015] 參見圖6和圖7,分組整體幾何模型。根據點坑位置及各分區的尺寸特征，對圖6 中的圓柱殼幾何模型各典型分區進行分組，具體是： 1) 選擇端部完善區域的長為A的線段，繼續選擇與所選線段相關的圓柱殼表面，將圖 6中由標準分段1建立的端部完善區定義為端部完善區組4,共有3#個面，參見圖6 ; 2) 選擇點蝕區域長為Z2的線段，繼續選擇與所選線段相關的圓柱殼表面，將圖6中由 標準分段2建立的點蝕區域定義為點蝕區組5,參見圖7 (a); 3) 進一步選擇步驟2)點蝕區組5中半徑為?//2的點坑區域，將所選面定義為點坑組 6,共有4i/XA^面，參見圖7 (b); 4) 進一步選擇步驟2)點蝕區組5中長為7的點蝕影響區域，將所選面定義為點蝕影響 區組7,共有4J/XA個面，參見圖7 (c); 5) 剔除步驟2)點蝕區域組中由步驟3)和步驟4)定義的點坑組6和點蝕影響區組7， 將剩余部分面定義為點蝕區完善區組8,共有2i/XA^面，參見圖7 (d); 6) 選擇點蝕區間隔長度Z3的線段，選擇與該線段相關的圓柱殼表面，將圖6中由標準 分段3建立的點蝕間隔區域定義為點蝕間隔區組9,共有3i/X(，1)個面，參見圖6。
[0016] 參見圖6和圖7,設定各分組區域邊界的網格數目。根據圖6和圖7中的分組，設 定各組對象的區域邊界網格劃分數目，具體是： 1) 選擇圖7中的點坑組6的所有邊界曲線，為保證最終生成的網格為四邊形，將所有邊 界設定為2/7偶數等分，其中/7 =1或2 ; 2) 選擇圖7中的點蝕影響區組7的邊界，并剔除與點坑共用的圓弧邊界線，即點坑組6 與點蝕影響區組7的共同邊界線12,為保證最終生成的網格為四邊形，且與點坑組6的網格 匹配，將其設定為等分，其中/7=1或2; 3) 選擇圖6中的端部完善區組4、點蝕影響區組8和點蝕間隔區組9的邊界線，為保證 最終生成的網格為四邊形，將其設定為2//7X_格控制長度，其中/7=1或2。
[0017] 參見圖8和圖9,劃分整體模型的四邊形有限元網格。選用殼單元類型，利用映射 MAPPED和AMP劃分整個點蝕圓柱殼的幾何模型，生成四邊形單元網格有限元模型，具體 是： 1) 從圖7中的點蝕影響區組7中選擇任意一個面么參見圖8中的"II"，其中知1，……， 4i/X#，選擇該面的所有邊界，剔除其中長度為亦勺兩條直線邊界，保留長度為/的兩條直線 邊界和一條1/4點坑周長的曲線邊界，后三條邊界為連續的線段，各邊界示意參見圖9; 2) 選擇與步驟1)中三條連續邊界相關的四個關鍵點，通過邊界與關鍵點的連接關系定 義連續邊界的方向，從所有關鍵點中選擇任意只與一條邊界相連的關鍵點作為連續邊界的 起點P1，并將與其相連的邊界定義為第一條邊界，第一條邊界的另一端點則為第二關鍵點 P2 ； 3) 從步驟2)中確定的第二點開始，搜索步驟1)所述的三條連續邊界中另一條與關鍵 點P2相連的邊界，將其定義為第二條邊界，該邊界的另一端點則為第三關鍵點P3; 4) 從步驟3)中確定的第三點開始，搜索步驟1)所述的三條連續邊界中另一條與關鍵 點P3相連的邊界，將其定義為第三條邊界，該邊界的另一端點則為第四關鍵點P4; 5) 遞增對霞，每次遞增值為1，重復上述步驟1)至步驟4)，依照關鍵點Pl指向關鍵點 P4的順序，利用AMP劃分第^面，完成點蝕影響區的網格自動生成； 6) 利用MAPPED劃分圖6和圖7中端部完善區組4、點坑組6、點蝕影響區組8和點蝕 間隔區組9,完成點蝕圓柱殼的所有網格自動生成，參見圖10,點坑區網格質量得到精確控 制，參見圖11。
[0018] 以下提供本發明的一個實施例。 實施例
[0019] 以某實驗模型的點蝕損傷圓柱殼為實施例，有限元軟件采用ANSYS，對本發明進行 說明，給出包含不同尺度物理模型的有限元模型網格的自動生成方法。
[0020] 第一步：設定關鍵幾何尺寸為主要參數，參見圖1和圖2。
[0021] 在有限元軟件中對圓柱殼的關鍵尺寸進行參數化設定，關鍵尺寸參數包括：圓柱 殼的中面半徑7?=21mm，殼體厚度i=8mm，圓柱殼長度Z=200mm，圓管外徑zt27?+i=50mm;點蝕 損傷深度A=4mm，點蝕損傷直徑#6mm，點蝕影響區長度/=i//2=3mm，周向的點坑數目#=6,縱 軸向的點坑層數浪5;端部完善區長度4=44_。
[0022] 第二步：構建三個基本分段幾何模型，參見圖3和圖4。
[0023] 在ANSYS軟件中建立初始的圓柱殼模型，并利用坐標平面將其分割為端部完善區 (圖4中的1)、點蝕區（圖4中的2)和點蝕間隔區（圖4中的3)共三段，并建立點蝕損傷的 圓柱體，利用點蝕圓柱體的外表面分割圓柱殼模型，在點蝕區內分割出點坑模型，圖3和圖 4為點蝕損傷圓柱殼的三個基本分段的幾何模型。具體包含以下步驟： 1) 利用有限元軟件的幾何構建功能，根據周向的點坑數目為6個，建立由6段等長弧線 組成的半徑為21mm的圓，并將該分段的圓沿縱軸向拉伸成為分段的圓柱殼，第i個殼體在 圓周上所對應的角度為[2π(i-l)/6，2jii/6]，其中i=l，……，6 ; 2) 利用坐標平面將上述圓柱殼沿縱軸向分割為三個標準段，分別為：長為44mm的端部 完善區域1，長為12_的點蝕區域2 (點坑及影響區)，長為13_的點蝕間隔區3 ; 3) 利用有限元軟件的幾何構建功能，在圓柱坐標系下，在點蝕區域內，根據周向點坑數 目和點蝕損傷直徑，沿圓柱殼周向建立6個直徑為6mm的圓柱體； 4) 利用步驟3)建立的點坑圓柱體的外表面分割圓柱殼的點蝕區，建立點蝕區標準段。
[0024] 第三步：構建整體圓柱殼幾何模型，參見圖5。
[0025] 沿圓柱殼縱軸向，基于所述的三個標準的基本分段，利用拷貝和平移的方法構建 整體點蝕損傷圓柱殼的幾何模型。具體包含以下步驟： 1) 根據縱軸向的點坑層數為6層，將點蝕區拷貝并沿縱軸向平移5次（圖5中的2)，平 移距離為25mm; 2) 根據縱軸向的點坑層數為6層，將點蝕間隔區拷貝并沿縱軸向平移4次（圖5中的 3)，平移距離為25mm; 3) 根據圓柱殼長度200mm，將端部完善區拷貝并沿縱軸向平移1次（圖5中的1)，平移 距離為156mm; 4) 利用有限元軟件的面邊界連接功能，將步驟1)至步驟3)構建的各基本分段連接為 整體，此時點蝕損傷圓柱殼沿縱軸向共分割為16段，沿周向共分割為6段。
[0026] 第四步：分割整體幾何模型，參見圖6。
[0027]按點坑位置沿周向分割第三步建立的圓柱殼幾何模型，以便于后續有限元網格劃 分時控制網格尺寸。具體包含以下步驟： 1) 在柱坐標系下，對圓柱殼幾何模型沿周向的第i個分段，在<9平面內偏離點坑 中心+6mm弧長的位置將其沿縱軸向分割，使圓柱殼沿周向分割為12段； 2) 在柱坐標系下，對圓柱殼幾何模型沿周向的第i個分段，在TP-沒平面內偏離點坑 中心-6mm弧長的位置將其沿縱軸向分割，使圓柱殼沿周向分割為18段； 3) 利用有限元軟件的面邊界連接功能，將步驟1)至步驟2)構建的各基本分段連接為 整體，此時點蝕損傷圓柱殼沿縱軸向共分割為16段，沿周向共分割為18段。
[0028] 第五步：分組整體幾何模型，參見圖6和圖7。
[0029] 根據點坑位置及分區的尺寸特征，對幾何模型的典型分區分組。具體包含以下步 驟： 1) 選擇端部完善區域長為44mm的線段，繼續選擇與所選線段相關的圓柱殼表面，將所 選面定義為端部完善區組4,共有18個面； 2) 選擇點蝕區域長為12mm的線段，繼續選擇與所選線段相關的圓柱殼表面，將所選面 定義為點蝕區組5; 3) 進一步細化點蝕區組5,選擇點蝕區組5中半徑為3mm的點坑區域，將所選面定義為 點坑組6,共有120個面； 4) 進一步細化點蝕區組5,選擇點蝕區組5中邊界長為6mm的點蝕影響區域，將所選面 定義為點蝕影響區組7,共有120個面； 5) 進一步細化點蝕區組5,剔除點蝕區組5中的點坑組6和點蝕影響區組7,將剩余部 分面域定義為點蝕區完善區組8,共有60個面； 6) 選擇點蝕區間隔長為13mm的線段，繼續選擇與所選線段相關的圓柱殼表面，將所選 面定義為點蝕間隔區組9,共有72個面。
[0030] 第六步：設定各分組區域邊界的網格數目，參見圖8和圖9。
[0031] 設定各分組對象區域邊界的網格劃分數目，具體包含以下步驟： 1) 選擇點坑組6的邊界，為保證最終生成的網格為四邊形，將其設定為4等分； 2) 選擇點蝕影響區組7邊界，并剔除與點坑共用的圓弧邊界線，為保證最終生成的網 格為四邊形，且與點坑組6的網格匹配，將其設定為2等分； 3) 選擇端部完善區組4、點蝕區完善區組8和點蝕間隔區組9的邊界，為保證最終生成 的網格為四邊形，將所有邊界設定為6_的網格劃分控制長度。
[0032] 第七步：劃分整體模型的四邊形有限元網格，參見圖8、9、10、11。
[0033] 利用映射MAPPED和AMAP劃分整個點蝕圓柱殼的幾何模型，生成四邊形單元網格 的有限元模型。具體包含以下步驟： 1) 從點蝕影響區組7中選擇任意一個面么其中知1，……，120,選擇該面的所有邊界， 剔除其中長為6mm的兩條直線邊界，保留長為6mm的兩條直線邊界和一條1/4點坑周長的 曲線邊界，后三條邊界為連續的線段，參見圖9中Pl至P4連成的有向邊界； 2) 選擇與步驟1)中三條連續邊界相關的四個關鍵點，通過邊界與關鍵點的連接關系定 義連續邊界的方向，從所有關鍵點中選擇任意只與一條邊界相連的關鍵點作為連續邊界的 起點P1，并將與其相連的邊界定義為第一條邊界，第一條邊界的另一端點則為第二關鍵點 P2 ； 3) 從步驟2)中確定的第二點開始，搜索步驟1)所述的三條連續邊界中另一條與關鍵 點P2相連的邊界，將其定義為第二條邊界，該邊界的另一端點則為第三關鍵點P3 ; 4) 從步驟3)中確定的第三點開始，搜索步驟1)所述的三條連續邊界中另一條與關鍵 點P3相連的邊界，將其定義為第三條邊界，該邊界的另一端點則為第四關鍵點P4 ; 5) 遞增對霞，每次遞增值為1，重復上述步驟1)至步驟4)，依照關鍵點Pl指向關鍵點 P4的順序，利用AMP劃分第^面，完成點蝕影響區的網格自動生成； 6) 利用MAPPED劃分端部完善區組4、點坑組6、點蝕區完善區組8和點蝕間隔區組9， 完成點蝕圓柱殼的所有網格自動生成，參見圖10和圖11。
【權利要求】
1. 一種點蝕損傷圓柱殼的四邊形有限元網格自動生成方法，其特征在于包含下述步 驟： (1) 在有限元軟件中對點蝕損傷圓柱殼的關鍵幾何尺寸進行參數化設定，關鍵幾何尺 寸包括：圓柱殼的中面半徑兄殼體厚度（、圓柱殼長度Z、點蝕損傷深度A、點蝕損傷直徑A 點蝕影響區長度7=^2、周向的點坑數目獻縱軸向的點坑層數欠端部完善區長度A; (2) 根據圓周方向的點坑數目i#P圓柱殼的中面半徑/?，建立由顧契等長圓弧組成 的半徑為雄]圓，并將該分段的圓沿縱軸向拉伸成為分段的圓柱殼；將分段的圓柱殼沿 縱軸向分割為長為A的端部完善區域標準段1、長為厶=42/的點蝕區域標準段2、長為 4=(廠2心-2〇!)八，1)-2亦勺點蝕間隔區標準段3;在點蝕區域&內，沿圓柱殼周向建立# 個與圓柱殼正交的直徑為難]圓柱體，各圓柱體正好處于點坑所在位置，且圓柱體的軸線 均指向圓柱殼橫截面中心；利用所述圓柱體的外表面分割構建的圓柱殼上與其正交的點蝕 區，建立點蝕區標準段； (3) 以步驟（2)的標準分段為對象，利用拷貝和平移的方法構建整體點蝕損傷圓柱殼的 幾何模型； (4) 按點坑位置沿圓周向分割步驟（3)構建的圓柱殼幾何模型； (5) 根據點坑位置及各分區的尺寸特征，對步驟（4)構建的圓柱殼幾何模型各典型分區 進行分組； (6) 根據步驟（5)的分組，設定各組對象的區域邊界網格劃分數目； (7) 利用映射劃分整個點蝕圓柱殼的幾何模型，生成四邊形單元網格有限元模型。
2. 根據權利要求1所述點蝕損傷圓柱殼的四邊形有限元網格自動生成方法，其特征 在于：步驟（3)中所述利用拷貝和平移的方法構建整體點蝕損傷圓柱殼的幾何模型的方法 是： 1) 長度為4的點蝕區標準段2拷貝并沿縱軸向平移於欠，平移距離為Z3+24 2) 長度為4的點蝕間隔區標準段3拷貝并沿縱軸向平移展1次，平移距離為4+20 3) 長度為&的端部完善區標準段1拷貝并沿縱軸向平移1次，平移距離為Z- 4) 將各分段連接為整體，點蝕損傷圓柱殼沿縱軸向共分割為3斯1段，沿周向共分割為 鍛。
3. 根據權利要求1所述點蝕損傷圓柱殼的四邊形有限元網格自動生成方法，其特征在 于：步驟（4)中的按點坑位置沿圓周向分割圓柱殼幾何模型的方法是： 1) 在柱坐標系下，對圓柱殼幾何模型沿周向的第J個分段，在點坑中心沿縱軸向分割； 2) 在柱坐標系下，對圓柱殼幾何模型沿周向的第j個分段，在廣沒平面內偏離點坑 中心+27弧長的位置將其沿縱軸向分割； 3) 在柱坐標系下，對圓柱殼幾何模型沿周向的第j個分段，在廣平面內偏離點坑中 心-27弧長的位置將其沿縱軸向分割； 4) 利用有限元軟件的面邊界連接功能，將各基本分段連接為整體，點蝕損傷圓柱殼沿 縱軸向共分割為3斯1段，沿周向共分割為3顧契。
4. 根據權利要求1所述點蝕損傷圓柱殼的四邊形有限元網格自動生成方法，其特征在 于：步驟（5)中所述對構建的圓柱殼幾何模型各典型分區進行分組的方法是： 1) 選擇端部完善區長度為A的線段，繼續選擇與所選線段相關的圓柱殼表面，將所選 面定義為端部完善區組，共有3#面； 2) 選擇點蝕區長度為4的線段，繼續選擇與所選線段相關的圓柱殼表面，將所選面定 義為點蝕區組； 3) 進一步選擇點蝕區組中半徑為的點坑區域，將所選面定義為點坑組，共有4i/X# 個面； 4) 進一步選擇點蝕區域組中長度為/的點蝕影響區域，將所選面定義為點蝕影響區 組，共有4i/X樸面； 5) 剔除點蝕區組中的點坑組和點蝕影響區組，將剩余部分面定義為點蝕區完善區組， 共有2i/X#面； 6) 選擇點蝕區間隔長度為4的線段，繼續選擇與所選線段相關的圓柱殼表面，將所選 面定義為點蝕間隔區組，共有3i/X(，1)個面。
5. 根據權利要求1所述點蝕損傷圓柱殼的四邊形有限元網格自動生成方法，其特征在 于：步驟（6)中設定各組對象的區域邊界網格劃分數目的方法是： 1) 選擇點坑組的邊界，為保證最終生成的網格為四邊形，將其設定為2対禹數等分，左=1 或2 ; 2) 選擇點蝕影響區組邊界，并剔除與點坑共用的圓弧邊界線，為保證最終生成的網格 為四邊形，且與點坑組的網格匹配，設定為^等分，A=1或2 ; 3) 選擇端部完善區組、點蝕區完善區組以及點蝕間隔區組的邊界，為保證最終生成的 網格為四邊形，將其設定為2/^X_格控制長度，A=1或2。
6. 根據權利要求1所述點蝕損傷圓柱殼的四邊形有限元網格自動生成方法，其特征在 于：步驟（7)中生成四邊形單元網格有限元模型的方法是： 1) 從點蝕影響區組中選擇任意一個面戶1，……，4i/X況選擇該面的所有邊界，剔除 其中長度為難]兩條直線邊界，保留長度為7的兩條直線邊界和一條1/4點坑周長的曲線 邊界，后三條邊界為連續的線段； 2) 選擇與三條連續邊界相關的四個關鍵點，通過邊界與關鍵點的連接關系定義連續邊 界的方向，從所有關鍵點中選擇任意只與一條邊界相連的關鍵點作為連續邊界的起點P1， 并將與其相連的邊界定義為第一條邊界，第一條邊界的另一端點則為第二關鍵點P2 ; 3) 從步驟2)中確定的第二點開始，搜索步驟1)所述三條連續邊界中另一條與關鍵點 P2相連的邊界，將其定義為第二條邊界，該邊界的另一端點則為第三關鍵點P3 ; 4) 從步驟3)中確定的第三點開始，搜索步驟1)所述的三條連續邊界中另一條與關鍵 點P3相連的邊界，將其定義為第三條邊界，該邊界的另一端點則為第四關鍵點P4 ; 5) 遞增j值，每次遞增值為1，重復上述步驟1)至步驟4)，依照關鍵點P1指向關鍵點 P4的順序，利用AMAP劃分第j面，完成點蝕影響區的網格自動生成； 6) 利用MAPPED劃分端部完善區組、點坑組、點蝕區完善區組和點蝕間隔區組，完成點 蝕損傷圓柱殼的所有網格自動生成。
【文檔編號】G06F17/50GK104484489SQ201410352564
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年7月24日 優先權日:2014年7月24日
【發明者】王仁華, 方媛媛 申請人:江蘇科技大學