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

1、隨著計算機技術(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際問題的重要手段之一。數(shù)值計算分析主要步驟包括幾何建模、網(wǎng)格離散、計算求解以及后處理分析等過程，其中首要的任務就是模型建立和網(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。本文針對典型焊接構(gòu)件模型的結(jié)構(gòu)形式，對過渡型六面體網(wǎng)

2、格自動劃分算法進行了研究，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)格自動劃分軟件平臺。
　　對六面體單元和四面體單元在彈塑性有限元分析中的應用進行了優(yōu)劣對比，得出在同等階次下，六面體網(wǎng)格單元在計算精度、抗畸變能力、計算收斂性、劃分數(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)格劃分算法較為復雜，自動化實現(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，對過渡型六面體網(wǎng)格自動劃分算法進行了重點研究。
　　首先對焊接構(gòu)件模型進行幾何拓撲自動分析，確定垂直于焊縫方向的二維掃掠截面，并對其采用基于幾何分解的前沿推進算法實現(xiàn)對二維區(qū)域的過渡型四邊形網(wǎng)格自動劃分；然后對得到的四邊形網(wǎng)格劃分在焊縫方向上進行三維掃掠生成六面體網(wǎng)格，最終實現(xiàn)焊接構(gòu)件模型的六面體網(wǎng)格自動劃分。本文分別對原始的前沿推進算法和掃掠法進行了優(yōu)化改進，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)化改進算法，提高了原算法的幾何適應性以及網(wǎng)格生成的質(zhì)量與效率。
　　進一步對所提出的六面體網(wǎng)格自動生成算法進行了程序設計。主要對模型數(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的用戶體驗等方面進行了重點研究，設計開發(fā)了針對典型焊接構(gòu)件的六面體網(wǎng)格自動劃分軟件平臺WeldMesh Helper。WeldMesh Helper能夠?qū)崿F(xiàn)包括焊接構(gòu)件幾何