CN103310077B - 轧后件顺序拉伸成体的建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对轧后件的节点进行排序进而拉伸成体的建模方法。本方法包括：获得第一轧后件的任意层的节点的编号和坐标；将获得的所有的节点的X、Y、Z坐标中的Z坐标的原始值替换为零；按照Y坐标由小到大的顺序对获得的所有节点进行排序，对Y坐标相同的节点，按照X坐标由小到大的顺序进行排序，并且对排序后的节点从1开始依次重新编号，进而将已经排序且重新编号的节点作为第二轧后件的第1层的节点；根据第二轧后件的第1层的节点、预设的片层单元的厚度a和第二轧后件的层数b来获得第二轧后件的第2层到第b层的节点；利用第二轧后件的第1层到第b层中的各对相邻的层的节点，按照预定单元体构建方式形成单元体。

Description

轧后件顺序拉伸成体的建模方法

技术领域

本发明涉及轧制领域的仿真分析，尤其涉及一种对轧后件的节点进行排序进而拉伸成体的建模方法。

背景技术

ANSYS软件是轧制仿真领域常用的仿真软件，在使用ANSYS软件进行仿真建模时，可以生成轧件、轧辊模型的壳单元，仿真完毕后，可以提取轧后件模型的断面形状的壳单元，每个壳单元由四个节点组成，即4个节点组成一个面。并且形成壳单元的K文件中，包括节点编号、节点坐标及壳单元构成的拓扑关系。

但是，利用ANSYS生成的壳单元上的节点没有按一定顺序排列，即使利用软件对规则形状（如方形轧件模型）可以做到节点的规则排序，但在壳单元拉伸成体时，则又会出现在长度方向上层与层间节点无序排列的情况。

发明内容

本发明的一方面在于解决ANSYS生成的模型K文件中的节点无规则排序进而无法直接将壳单元拉伸成体的问题。

本发明的另一方面在于解决截取片层的轧后件由于弯曲、扭转严重而无法进入下一道次轧制，进而需要重构的问题。

本发明的轧后件顺序拉伸成体的建模方法包括如下步骤：（a）获得第一轧后件的任意层的节点的编号和坐标；（b）将获得的所有的节点的X、Y、Z坐标中的Z坐标的原始值替换为零；（c）按照Y坐标由小到大的顺序对获得的所有节点进行排序，对Y坐标相同的节点，按照X坐标由小到大的顺序进行排序，并且对排序后的节点从1开始依次重新编号，进而将已经排序且重新编号的节点作为第二轧后件的第1层的节点；（d）根据第二轧后件的第1层的节点、预设的片层单元的厚度a和第二轧后件的层数b来获得第二轧后件的第2层到第b层的节点，b为大于等于1的自然数；（e）利用第二轧后件的第1层到第b层中的各对相邻的层的节点，按照预定单元体构建方式形成单元体。

优选地，在步骤（a）中，在所述第一轧后件的稳定轧制段上截取任意层的节点的编号和坐标。

优选地，在所述步骤（e）中，所述单元体为8节点6面体。

优选地，在所述步骤（e）中，利用第二轧后件的第L层和第L+1层的节点，按照预定单元体构建方式形成单元体的步骤包括：从第二轧后件的第L层的节点获得壳单元，其中，在第二轧后件的第L层的节点中，构成最小四边形的每四个节点作为一个壳单元；从第二轧后件的L+1层的节点获取与第L层的每个壳单元对应的壳单元；将第二轧后件的第L层和第二轧后件的第L+1层的相对应的每对壳单元形成为一个单元体，并且为每个单元体设置一个单元体编号，其中，L为自然数且L∈[1，b-1]。

优选地，在第二轧后件的L+1层的节点获取与第L层的每个壳单元对应的壳单元的步骤中，对于编号分别为m1、m2、m3、m4的第二轧后件的第L层的任意一个壳单元的四个节点，在第L+1层的节点中与所述第L层的任意一个壳单元对应的壳单元的四个节点的编号分别为（m1+n）、（m2+n）、（m3+n）、（m4+n）。其中，n为第二轧后件的每层的节点数量且为大于等于4的自然数，m1、m2、m3、m4是互不相同的自然数且m1、m2、m3、m4∈[（L-1）×n+1，L×n]。

优选地，在步骤（a）中，通过ANSYS软件对第一轧后件进行网格化，从而获得第一轧后件的节点的编号和坐标。

优选地，在步骤（c）中，存储第一轧后件的节点的排序前的编号和排序后的编号。

优选地，在所述步骤（d）中，第二轧后件的第k层的第i节点的编号被设置为（i+（k-1）×n），编号为（i+（k-1）×n）的节点的坐标如下面的公式所示，

节点_{（i+（k-1）×n）}=（X_i，Y_i，（k-1）×a）

其中，X_i为第二轧后件的第1层的第i节点的X坐标，Y_i为为第二轧后件的第1层的第i节点的Y坐标，n为第二轧后件的每层的节点的数量且为大于等于4的自然数，i为自然数且i∈[1，n]，k为自然数且k∈[1，b]。通常轧制件（或轧后件）模型的节点数达5-15万，壳单元数量达5-15万，采用人工节点复制、单元体构建时工作量相当大，并且繁琐。实践上，当一个节点数量、壳单元数量各为10万的轧制件模型，如果人工重新排序的话，一个人至少工作3-4日，而且因为节点坐标的相似性等原因，出错的概率也非常大。对于此，本发明提供一种效率高、出错率低的轧后件的顺序拉伸成体方法。利用该方法对节点数量、壳单元数量各为10万的轧制件模型进行顺序重构时，仅花了3分钟，且出错率为0。

附图说明

通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本发明的上述和/或其他目的和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是第一轧后件的某一片层单元中的任一表面的节点的示图。

图2是示出构成轧后件实体的参数文件（模型K文件）的示图。

图3是示出根据本发明实施例的对第一轧后件的片层节点顺序拉伸成体的流程图。

图4是示出节点K文件中的片层节点的编号和坐标的示图。

图5示出节点K文件中的所有节点的Z坐标被置为0的示意图。

图6是对节点K文件中的节点已排序的示意图。

图7是使用公式获取其他层的节点的示意图。

图8是用于说明形成最小四边形的节点的示意图。

图9是示出单元体编号和构成单元体的8节点的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。

本发明需要解决的一种轧后件的顺序拉伸成体的建模方法是，在第一轧后件上截取任意的片层单元，每一个片层单元均由上下表面的两层节点构成，故选取其中一层节点，按Z、Y、X坐标从小到大的规则进行排序，然后根据预设的片层单元的厚度a和第二轧后件的层数b来获得第1层到第b层的节点，将相邻两层的构成单元体的8个节点记录在一起，并且对此8个节点赋予一个单元体编号，以此重构第二轧后件。

图1是第一轧后件的某一片层单元中的任一表面的节点的图。图2是示出构成轧后件实体的参数文件（模型K文件）的示图。

从图1中可以看出，ANSYS软件自动生成的、对第一轧后件网格划分而获取的模型K文件中，任一层上（即，所有节点的Z坐标相同的节点）的节点的编号非常混乱，不是按照顺序增1的顺序排列。例如，图1的同一个片层上的节点数量仅为872个，但是节点编号从969-444447，编号多达43479个。

另外，对图2中的模型K文件中的无序节点进行片层复制时，无法循环复制1-872个节点的片层，也就无法基于此872个节点构建第二轧后件。

因此，对于使用ANSYS软件自动划分网格而拉伸成的轧后件，每一层上的节点编号是混乱的，其与节点的个数没有对应关系。但是，轧制前的坯料和轧制后的轧后件，两者的节点之间的拓扑关系是没有变化的，因此本发明将基于此准则来实现第二轧后件的建模。

以下，参照图3详细说明本发明的轧后件的顺序拉伸成体的方法。

图3是示出根据本发明实施例的对第一轧后件的片层节点顺序拉伸成体的流程图。

在操作S301，获得第一轧后件的任意层的节点的编号和坐标。在此，通过ANSYS软件对第一轧后件进行网格化，从而获得第一轧后件的节点的编号和坐标，并且将第一轧后件的节点的编号和坐标存储在节点K文件中。

图4是示出节点K文件中的片层单元的节点的编号和坐标的示图。

具体地将，通过ANSYS软件对坯料进行轧制仿真时生成模型K文件，并且模型K文件中还有轧制仿真中使用到的轧件、轧辊、轧后件等的模型单元，因此在向LS-PrePost软件中导入模型K文件时，应隐去第一轧后件之外的其他模型单元，并将第一轧后件中的任意片成单元的节点的编号和坐标保存到预备节点K文件。优选地，在所述轧后件的稳定轧制段上截取任意片层单元。在此，片层单元为由相邻两层的节点构成的立体单元。

此时，预备节点K文件中具有片层单元的上下两表面的共两层节点，因此需要删除其中的任意层的节点，即仅保留片层单元的上表面的节点或者下表面的节点。为此，LS-PrePost软件读取预备节点K文件，删除片层单元的上下表面中的某一层节点，再将保留的节点保存到节点K文件中，后面将叙述使用节点K文件重构第二轧后件的过程。图4所示的片层节点就是通过LS-PrePost进行处理而获得的节点尚未排序的结果。

这里，LS-PrePost软件是一套专为LS-DYNA（通用显示动力分析程序）开发的高级有限元前后处理软件。另外，用ANSYS软件生成模型K文件的过程是本领域的现有技术，因此在此不再赘述。并且，需要说明的是，模型K文件、预备节点K文件、节点K文件中存储的节点的数量非常庞大，但是附图的大小是一定的，因此在附图中仅显示这些K文件的一部分内容。

在步骤S302，如图5所示，将获得的所有的节点的X、Y、Z坐标中的Z坐标的原始值替换为0。即在节点K文件，将通过步骤S301获得的节点的Z坐标赋值为0，而X、Y坐标值保持不变。如此处理的目的是，将第一轧后件的任意层的节点强制变成第二轧后件的第1层的节点，便于后续的节点复制操作。

在步骤S303，如图6所示，按照Y坐标由小到大的顺序对获得的所有节点进行排序、对Y坐标相同的节点，按照X坐标由小到大的顺序进行排序，并且对排序后的节点从1开始依次重新编号，进而将此已经排序的节点作为第二轧后件的第1层的节点。并且，在节点K文件中存储第一轧后件的片层节点的排序前的旧的编号和排序后的片层节点的新的编号。

在步骤S302中已经将节点K文件中所有节点的Z坐标赋值为0，故对节点进行排序时无需考虑节点的Z坐标。图6就是按此排序方法排列的节点，从图中可以看出，节点编号从1开始依次递增。

在步骤S304，根据已经排序的第二轧后件的第1层的节点、预设的片层单元的厚度a以及第二轧制件的层数b来获得第二轧制件的第2层到第b层的节点。

具体地，当第二轧后件的第1层的节点的数量为n时，第二轧后件的第k层的第i节点的编号被设置为（i+（k-1）n），编号为（i+（k-1）n）的节点的坐标如下面的公式所示，

节点_{（i+（k-1）n）}=（X_i，Y_i，（k-1）×a）

其中，X_i为第二轧后件的第1层的第i节点的X坐标，Y_i为为第二轧后件的第1层的第i节点的Y坐标，b、n为大于等于1的自然数，i为自然数且i∈[1，n]，k为自然数且k∈[1，b]。

从上述公式中可以看出，当第1层的节点数量为n时，第2层的n个节点的编号依次被配置为n+1至n+n，并且第2层的节点编号为（i+n）的X、Y坐标与第1层的节点编号为i的X、Y坐标相同，且第2层的所有节点的Z坐标为厚度a，接下来依据公式获得第3层到第b层的节点。根据上述公式的节点获取方式可知，从第1层到第b层的节点数量都是相同的，另外，从第1层到第b层为止，所有层的第i个节点的X、Y坐标值是相同的，只有Z坐标在随着层数而变化。

图7是使用公式获取其他层的节点的示意图。

在步骤S305，利用第二轧后件的第1层到第b层中的各对相邻的层的节点，按照预定单元体构建方式形成单元体。优选地，所述单元体为8节点6面体。

具体地，利用第二轧后件的第L层和第L+1层的节点，按照预定单元体构建方式形成单元体的步骤包括：从第二轧后件的第L层的节点获得壳单元，其中，在第二轧后件的第L层的节点中，构成最小四边形的每四个节点作为一个壳单元；从第二轧后件的L+1层的节点获取与第L层的每个壳单元对应的壳单元；将第二轧后件的第L层和第二轧后件的第L+1层的相对应的每对壳单元形成为一个单元体，并且为每个单元体设置一个单元体编号，其中，L为自然数且L∈[1，b-1]。

其中，在第二轧后件的L+1层的节点获取与第L层的每个壳单元对应的壳单元的步骤中，对于编号分别为m1、m2、m3、m4的第二轧后件的第L层的任意一个壳单元的四个节点，在第L+1层的节点中与所述第L层的任意一个壳单元对应的壳单元的四个节点的编号分别为（m1+n）、（m2+n）、（m3+n）、（m4+n），n为第二轧后件的每层的节点数量且为大于等于1的自然数，m1、m2、m3、m4是互不相同的自然数且m1、m2、m3、m4∈[（L-1）×n+1，L×n]。在此，利用公知的方法获取构成最小四边形的四个节点。

具体地，以第1层的节点为例，均具有Y₁坐标值且X坐标相邻的两个节点X₁₁、X₁₂（例如图8中的680和681）和均具有与Y₁相邻的Y₂坐标值且与所述X₁₁、X₁₂对应的X₂₁、X₂₂（例如，图8中的699和700）形成最小四边形。

参照图8可知，第1层的四个节点737-738-719-718、718-719-700-699、699-700-681-680分别构成一个壳单元，且分别与相邻层（即，第二层）的对应的壳单元1587-1588-1569-1568、1568-1569-1550-1549、1549-1550-1531-1530构成一个8节点的单元体（图8的实施例中，每一层有850个节点）。其中，最小四边形为使用ANSYS软件对第一轧后件进行网格化时的最小单元的网格。例如，图8中737-738-719-718为最小四边形，而737-738-700-699虽然也构成了四边形，但其不是最小四边形。参照图9可知，Z值相邻的两个对应的最小四边形共同构建一个8节点6面体的单元体。

最后，对第二轧后件完成重构之后构建K文件中，增加关键词并保存。即完成了轧后件模型的构建。

根据本发明实施例的轧后件顺序拉伸成体的建模方法可进行计算机编程实现，相对于传统方法在效率上有以下几个显著特点。

第一：采用的新方法无需对数据进行预处理，降低时间消耗。传统方法对数据进行排序主要利用以下两种工具：一是利用Excel电子表格，二是利用数据库。两者的显著优点就是排序效率高，但缺点也很突出，例如，利用上述工具进行排序的首要前提必须是先将K文件里的数据导入其中，而K文件为文本数据，大小一般为5～10M，容量可达5～15万行。所以，对于大量的数据拷贝、编写Excel公式、写数据库表、再读取等工作不仅需要人工参与而且时间消耗极大。与此相反，新方法直接读取K文件数据到计算机的内存，从而不需要将K文件数据拷贝到Excel表格，也不需要导入到数据库这一过程，从而节省了大量数据预处理时间。

第二：新方法不依赖于Excel表格和数据库软件，直接对K文件进行处理，可移植性强，方便工程人员的使用。

第三：新方法排序的效率均优于Excel和数据库。利用Excel对坐标数据排序需要人工编辑Excel公式，从而降低排序效率。新的排序法（即，SD排序法）与数据库内核排序原理相似但更甚一筹，原因是新方法减少了与数据库软件的通信时间和数据读取写入时间，而是直接在计算机内存完成所有工作。

本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。

Claims (5)

1.一种轧后件顺序拉伸成体的建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a)获得第一轧后件的任意层的节点的编号和坐标；

(b)将获得的所有的节点的X、Y、Z坐标中的Z坐标的原始值替换为零；

(c)按照Y坐标由小到大的顺序对获得的所有节点进行排序，对Y坐标相同的节点，按照X坐标由小到大的顺序进行排序，并且对排序后的节点从1开始依次重新编号，进而将已经排序且重新编号的节点作为第二轧后件的第1层的节点；

(d)根据第二轧后件的第1层的节点、预设的片层单元的厚度a和第二轧后件的层数b来获得第二轧后件的第2层到第b层的节点，b为大于等于1的自然数，

其中，在所述步骤(d)中，第二轧后件的第k层的第i节点的编号被设置为(i+(k-1)×n)，编号为(i+(k-1)×n)的节点的坐标如下面的公式所示，

节点_(i+(k-1)×n)＝(X_i，Y_i，(k-1)×a)

其中，X_i为第二轧后件的第1层的第i节点的X坐标，Y_i为第二轧后件的第1层的第i节点的Y坐标，n为第二轧后件的每层的节点的数量且为大于等于4的自然数，i为自然数且i∈[1，n]，k为自然数且k∈[1，b]；

(e)利用第二轧后件的第1层到第b层中的各对相邻的层的节点，按照预定单元体构建方式形成单元体，

其中，利用第二轧后件的第L层和第L+1层的节点，按照预定单元体构建方式形成单元体的步骤包括：

从第二轧后件的第L层的节点获得壳单元，其中，在第二轧后件的第L层的节点中，构成最小四边形的每四个节点作为一个壳单元；

从第二轧后件的L+1层的节点获取与第L层的每个壳单元对应的壳单元；将第二轧后件的第L层和第二轧后件的第L+1层的相对应的每对壳单元形成为一个单元体，并且为每个单元体设置一个单元体编号，其中，L为自然数且L∈[1，b-1]，

其中，在第二轧后件的L+1层的节点获取与第L层的每个壳单元对应的壳单元的步骤中，对于编号分别为m1、m2、m3、m4的第二轧后件的第L层的任意一个壳单元的四个节点，在第L+1层的节点中与所述第L层的任意一个壳单元对应的壳单元的四个节点的编号分别为(m1+n)、(m2+n)、(m3+n)、(m4+n)，n为第二轧后件的每层的节点数量且为大于等于4的自然数，m1、m2、m3、m4是互不相同的自然数且m1、m2、m3、m4∈[(L-1)×n+1，L×n]。

2.根据权利要求1所述的轧后件顺序拉伸成体的建模方法，其特征在于，在步骤(a)中，在所述第一轧后件的稳定轧制段上截取任意层的节点的编号和坐标。

3.根据权利要求1所述的轧后件顺序拉伸成体的建模方法，其特征在于，在所述步骤(e)中，所述单元体为8节点6面体。

4.根据权利要求1所述的轧后件顺序拉伸成体的建模方法，其特征在于，在步骤(a)中，通过ANSYS软件对第一轧后件进行网格化，从而获得第一轧后件的节点的编号和坐标。

5.根据权利要求1所述的轧后件顺序拉伸成体的建模方法，其特征在于，在步骤(c)中，存储第一轧后件的节点的排序前的编号和排序后的编号。