基于典型焊接構(gòu)件模型的有限元六面體網(wǎng)格自動(dòng)劃分算法研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)值分析技術(shù)的發(fā)展，有限元等數(shù)值分析方法已逐漸成為解決工程實(shí)際問題的重要手段之一。數(shù)值計(jì)算分析主要步驟包括幾何建模、網(wǎng)格離散、計(jì)算求解以及后處理分析等過程，其中首要的任務(wù)就是模型建立和網(wǎng)格離散。模型網(wǎng)格離散的質(zhì)量直接影響到最終計(jì)算分析的收斂性和結(jié)果精度，而這一切都依賴于有限元網(wǎng)格生成技術(shù)。由于焊接熱過程的高度非線性，焊接有限元模型對(duì)網(wǎng)格離散密度與網(wǎng)格質(zhì)量具有更高的要求。本文針對(duì)典型焊接構(gòu)件模型的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)過渡型六面體網(wǎng)

2、格自動(dòng)劃分算法進(jìn)行了研究，提出了一種基于二維四邊形網(wǎng)格掃掠的六面體網(wǎng)格單元自動(dòng)生成算法，并且根據(jù)該算法開發(fā)了典型焊接構(gòu)件模型的六面體網(wǎng)格自動(dòng)劃分軟件平臺(tái)。
　　對(duì)六面體單元和四面體單元在彈塑性有限元分析中的應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)劣對(duì)比，得出在同等階次下，六面體網(wǎng)格單元在計(jì)算精度、抗畸變能力、計(jì)算收斂性、劃分?jǐn)?shù)量以及可重劃分次數(shù)等方面具有明顯的優(yōu)勢，但其網(wǎng)格劃分算法較為復(fù)雜，自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)程度較低。由于焊接熱過程具有高度的非線性，本文選擇六面體單

3、元作為焊接結(jié)構(gòu)模型離散的單元類型，對(duì)過渡型六面體網(wǎng)格自動(dòng)劃分算法進(jìn)行了重點(diǎn)研究。
　　首先對(duì)焊接構(gòu)件模型進(jìn)行幾何拓?fù)渥詣?dòng)分析，確定垂直于焊縫方向的二維掃掠截面，并對(duì)其采用基于幾何分解的前沿推進(jìn)算法實(shí)現(xiàn)對(duì)二維區(qū)域的過渡型四邊形網(wǎng)格自動(dòng)劃分；然后對(duì)得到的四邊形網(wǎng)格劃分在焊縫方向上進(jìn)行三維掃掠生成六面體網(wǎng)格，最終實(shí)現(xiàn)焊接構(gòu)件模型的六面體網(wǎng)格自動(dòng)劃分。本文分別對(duì)原始的前沿推進(jìn)算法和掃掠法進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，提出了包括邊界閉合優(yōu)化、邊界縫合優(yōu)化

4、、邊界單元密度優(yōu)化、四邊形單元質(zhì)量優(yōu)化以及掃掠法六面體網(wǎng)格單元缺失優(yōu)化等一系列優(yōu)化改進(jìn)算法，提高了原算法的幾何適應(yīng)性以及網(wǎng)格生成的質(zhì)量與效率。
　　進(jìn)一步對(duì)所提出的六面體網(wǎng)格自動(dòng)生成算法進(jìn)行了程序設(shè)計(jì)。主要對(duì)模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、模型三維可視化、網(wǎng)格文件格式以及軟件平臺(tái)的用戶體驗(yàn)等方面進(jìn)行了重點(diǎn)研究，設(shè)計(jì)開發(fā)了針對(duì)典型焊接構(gòu)件的六面體網(wǎng)格自動(dòng)劃分軟件平臺(tái)WeldMesh Helper。WeldMesh Helper能夠?qū)崿F(xiàn)包括焊接構(gòu)件幾何