專利名稱：帶孔結(jié)構(gòu)和帶組件結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分析設(shè)計方法,特別涉及一種帶孔結(jié)構(gòu)和帶組件結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計方法。適用于對帶孔結(jié)構(gòu)和帶組件結(jié)構(gòu)的幾何尺寸精度要求高的場合。
背景技術(shù)：
為了滿足減重、裝配、降低耗材以及排氣排污等要求，在機械工程和建筑工程中應(yīng)用到許多開有各種孔洞的結(jié)構(gòu)，也即帶孔結(jié)構(gòu)。若將孔洞填充為另一種材料，就成為帶組件結(jié)構(gòu)問題，這些填充實體在工程上可代表被連接的儀器設(shè)備等，在此統(tǒng)稱為組件?？锥春徒M件的引入必然會破壞結(jié)構(gòu)的完整性，從而引起結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中、疲勞強度下降等一系列問題。孔洞和組件的形狀、尺寸和位置對結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)的影響一般都很大，在航空航天等對結(jié)構(gòu)幾何尺寸精度要求很高的領(lǐng)域中，孔洞和組件給結(jié)構(gòu)帶來的影響都需要精確地進行模擬和分析。目前，最常用的結(jié)構(gòu)分析設(shè)計方法就是公知的有限元分析方法，商業(yè)有限元分析軟件如ANSYS、NASTRAN等已廣泛應(yīng)用于各種工程領(lǐng)域中，用以對任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)包括帶孔結(jié)構(gòu)和帶組件結(jié)構(gòu)進行分析設(shè)計。有限元分析方法首先把被分析結(jié)構(gòu)的CAD模型轉(zhuǎn)換成與之近似的分析模型，然后將分析模型劃分成很多形狀簡單的單元進行分析。有限元分析精度的提高主要通過單元細分來實現(xiàn)，在單元細分過程中要保持分析模型與CAD模型之間的交互，使單元細分后的分析模型能夠更加逼近結(jié)構(gòu)的CAD模型。文獻I “Hughes TJR, Cottrell JA, Bazilevs Y. Isogeometric analysis CAD,finite elements, NURBS, exact geometry and mesh refinement. Computer Methods inApplied Mechanics and Engineering, 2005,194 :4135-95. ” 公開了一種結(jié)構(gòu)分析設(shè)計方法，稱為等幾何分析方法。等幾何分析方法采用CAD中用于幾何造型的非均勻有理B樣條(NURBS)的基函數(shù)和控制點代替有限元分析方法中的形函數(shù)和節(jié)點，實現(xiàn)了 CAD模型與分析模型的有機融合，在結(jié)構(gòu)分析時能方便地進行單元細分并且能保證分析模型與CAD模型始終相同。然而文獻I的等幾何分析方法難以對帶孔結(jié)構(gòu)和帶組件結(jié)構(gòu)進行分析設(shè)計，這是由于等幾何分析方法所分析結(jié)構(gòu)的CAD模型只限于用NURBS曲面片建立，NURBS曲面片是由一個完整的矩形參數(shù)區(qū)域映射而成，而一個完整的矩形參數(shù)區(qū)域很難映射成帶孔結(jié)構(gòu)或帶組件結(jié)構(gòu)的CAD模型。因此，等幾何分析方法在分析帶孔結(jié)構(gòu)和帶組件結(jié)構(gòu)時，需要將之人為地分割成許多塊沒有孔和組件的小結(jié)構(gòu)，并且對每塊小結(jié)構(gòu)都要用NURBS曲面片建立其CAD模型，由于人為因素較大以及建模復(fù)雜，等幾何分析方法很少用于帶孔結(jié)構(gòu)和帶組件結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計中。有限元分析方法雖然便于對帶孔結(jié)構(gòu)和帶組件結(jié)構(gòu)進行分析設(shè)計，但其采用的分析模型只是結(jié)構(gòu)CAD模型的近似，分析模型在幾何上的誤差就會造成結(jié)構(gòu)分析設(shè)計結(jié)果的誤差。為了提高分析精度，有限元分析方法需要對分析模型進行單元細分產(chǎn)生更多的單元，這樣就會導(dǎo)致計算量的增加和結(jié)構(gòu)分析設(shè)計效率的降低。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的有限元分析方法和等幾何分析方法在帶孔結(jié)構(gòu)和帶組件結(jié)構(gòu)分析設(shè)計效率低的不足，使帶孔結(jié)構(gòu)和帶組件結(jié)構(gòu)的分析模型與其CAD模型相同且可便于分析設(shè)計，本發(fā)明提出一種帶孔 結(jié)構(gòu)和帶組件結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計方法。該方法把帶孔結(jié)構(gòu)或帶組件結(jié)構(gòu)分成無孔結(jié)構(gòu)和孔形結(jié)構(gòu)兩個部分，這兩個部分都用一塊NURBS曲面片建立其CAD模型，用CAD模型的NURBS基函數(shù)和控制點代替有限元分析方法中的形函數(shù)和節(jié)點，使無孔結(jié)構(gòu)和孔形結(jié)構(gòu)的分析模型都與其CAD模型相同，分析帶孔結(jié)構(gòu)時就將無孔結(jié)構(gòu)中與孔形結(jié)構(gòu)相同的部分刪除掉，分析帶組件結(jié)構(gòu)時就將無孔結(jié)構(gòu)中與孔形結(jié)構(gòu)相同的部分賦予組件的材料特性，可以保證帶孔結(jié)構(gòu)和帶組件結(jié)構(gòu)的分析模型與其CAD模型相同。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種帶孔結(jié)構(gòu)和帶組件結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計方法，其特點是包括以下步驟(a)將帶孔結(jié)構(gòu)或帶組件結(jié)構(gòu)分成兩部分，一部分是未開孔時的完整無孔結(jié)構(gòu)，另一部分是與孔或組件形狀一樣的孔形結(jié)構(gòu)。無孔結(jié)構(gòu)和孔形結(jié)構(gòu)按照NURBS曲面的表達形式可定義為
權(quán)利要求
1.一種帶孔結(jié)構(gòu)和帶組件結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計方法，其特征在于包括以下步驟 (a)將帶孔結(jié)構(gòu)或帶組件結(jié)構(gòu)分成兩部分，一部分是未開孔時的完整無孔結(jié)構(gòu)，另一部分是與孔或組件形狀一樣的孔形結(jié)構(gòu)；無孔結(jié)構(gòu)和孔形結(jié)構(gòu)按照NURBS曲面的表達形式定義為 S(U) = ^-
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶孔結(jié)構(gòu)和帶組件結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計方法，用于解決現(xiàn)有的有限元分析方法和等幾何分析方法在帶孔結(jié)構(gòu)和帶組件結(jié)構(gòu)分析設(shè)計效率低的技術(shù)問題。技術(shù)方案是把帶孔結(jié)構(gòu)或帶組件結(jié)構(gòu)分成無孔結(jié)構(gòu)和孔形結(jié)構(gòu)兩個部分，這兩個部分都用一塊NURBS曲面片建立其CAD模型，用CAD模型的NURBS基函數(shù)和控制點代替有限元分析方法中的形函數(shù)和節(jié)點，使無孔結(jié)構(gòu)和孔形結(jié)構(gòu)的分析模型都與其CAD模型相同，分析帶孔結(jié)構(gòu)時就將無孔結(jié)構(gòu)中與孔形結(jié)構(gòu)相同的部分刪除掉，分析帶組件結(jié)構(gòu)時就將無孔結(jié)構(gòu)中與孔形結(jié)構(gòu)相同的部分賦予組件的材料特性，可以保證帶孔結(jié)構(gòu)和帶組件結(jié)構(gòu)的分析模型與其CAD模型相同。提高了結(jié)構(gòu)分析設(shè)計的精度和效率。
文檔編號G06F17/50GK102629291SQ20121007453
公開日2012年8月8日 申請日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者劉虎, 張衛(wèi)紅, 李曉輝, 李楊, 蔡守宇 申請人:西北工業(yè)大學(xué)