CN104750946B - 有限单元法中面载荷的处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了有限单元法中面载荷的处理方法及装置，包括：在离散化处理得到的作用有面载荷的实体单元上建立表面单元，根据预设规则生成表面单元与面载荷的关联关系；根据关联关系，生成前处理数据；根据预设的约束条件，对前处理数据进行求解，得到总体代数方程；对总体代数方程进行求解，得到节点位移，以便后续根据节点位移计算实体单元对应的应力应变场，其利用表面单元进行载荷处理能够带来以下好处：第一，存储载荷信息时只要存储载荷作用的表面单元号即可，计算过程中循环所有表面单元即可完成对面载荷的处理，简化了对面载荷进行处理的过程；第二、最大可能地实现表面单元功能代码的复用，降低计算程序的维护开发成本。

Description

有限单元法中面载荷的处理方法及装置

技术领域

本发明涉及力学领域，具体而言，涉及有限单元法中面载荷的处理方法及装置。

背景技术

有限元仿真广泛应用于机械、能源、航空航天等工业设计领域。不同类型的单元(Elements)是有限元程序计算的核心组件，它用来描述一个微小空间区域内的物理特性和几何特性，并且将不同类型的载荷化简为计算需要的代数方程的系数。单元是实现应力应变场、电磁场、温度场等物理场计算的基础。

对于三维空间结构的计算主要通过三维实体单元(如四面体单元，六面体单元，棱柱单元等)和板壳单元来实现。实体单元的面载荷可以是压强、温度、电势以及电流密度等。计算过程中需要将这些面载荷转化为等效的结点载荷，最终都将等效的结点载荷转化为总体代数方程的右端项。

传统有限元仿真计算流程中，对单元面载荷的处理是放在单元内部进行处理的，有限元前处理程序需要指定面载荷作用在某个单元的第几个面上，在计算过程中单元需要根据不同的面载荷类型和不同的面的形状，实现不同的计算功能。由于面载荷可能有多种复杂情况，面载荷的处理是单元功能实现中较为繁琐的部分。其中，面载荷的复杂情况包括：根据面载荷作用范围的不同，面载荷可以分为面内载荷和面外载荷。根据面载荷大小的空间分布不同，又可以分为均布载荷和非均布载荷。并且如果单元表面的形状不同(例如三角形、四边形)，对面载荷的计算方法也不相同。

发明人在研究中发现，现有技术中对不同类型的面载荷在一个单元内进行差异化处理给单元计算带来许多麻烦。一个是存储载荷信息既要存储载荷作用的单元号又要存储载荷作用的面序号，计算过程中需要根据这些信息查找所需要的几何信息，计算和查找过程比较麻烦，容易出错。另一方面，不同几何形状的单元(如四面体单元，六面体单元，棱柱单元等)的面载荷处理程序有许多重复的部分却不能复用，增大了程序代码维护的难度。

发明内容

本发明的目的在于提供有限单元法中面载荷的处理方法及装置，能够简化对面载荷进行处理的过程，并且实现代码了的复用，极大了降低了计算程序的维护开发成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种有限单元法中面载荷的处理方法，包括：

在离散化处理得到的作用有面载荷的实体单元上建立表面单元；

根据预设规则，生成表面单元与面载荷的关联关系；

根据表面单元与面载荷的关联关系，生成前处理数据；

根据预设的约束条件，对前处理数据进行求解，得到总体代数方程；

对总体代数方程进行求解，得到节点位移，以便后续根据节点位移计算实体单元对应的应力应变场。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，该有限单元法中面载荷的处理方法中，在离散化处理得到的作用有面载荷的实体单元上建立表面单元，包括：

确定离散化处理得到的作用有面载荷的实体单元的预设类型；

按照预设类型将实体单元进行分解，得到预设模型实体单元；

按照预设顺序，建立每一个预设模型实体单元对应的表面单元。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，该有限单元法中面载荷的处理方法中，根据预设规则，生成表面单元与面载荷的关联关系包括：

根据预设规则，生成表面单元与实体单元的关联关系；

根据表面单元与实体单元的关联关系，生成表面单元与面载荷的关联关系。

结合第一方面的第一种可能的实施方式或第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，该有限单元法中面载荷的处理方法中，根据预设的约束条件，对前处理数据进行计算，得到总体代数方程包括：

循环所有实体单元，计算每一个实体单元对应的刚度矩阵；

循环所有表面单元，将每一个表面单元对应的面载荷均转换为等效结点载荷；

将刚度矩阵和等效结点载荷进行组装，得到总体代数方程。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，该有限单元法中面载荷的处理方法中，循环所有表面单元包括：

根据表面单元与实体单元的关联关系以及实体单元的个数，对表面单元进行编号，得到表面单元号；

按照编号得到的表面单元号，循环所有表面单元。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，该有限单元法中面载荷的处理方法中，在离散化处理得到的作用有面载荷的实体单元上建立表面单元之前，还包括：

根据测试对象的物理性质和几何区域，建立测试对象的几何模型；

对几何模型进行离散化处理，得到多个作用有面载荷的实体单元。

第二方面，本发明实施例还提供了一种有限单元法中面载荷的处理装置，包括：

第一建立单元，用于在离散化处理得到的作用有面载荷的实体单元上建立表面单元；

第一生成单元，用于根据预设规则，生成第一建立单元建立的表面单元与面载荷的关联关系；

第二生成单元，根据第一生成单元生成的表面单元与面载荷的关联关系，生成前处理数据；

第一求解单元，用于根据预设的约束条件，对第二生成单元生成的前处理数据进行求解，得到总体代数方程；

第二求解单元，用于对第一求解单元求解得到的总体代数方程进行求解，得到节点位移，以便后续根据节点位移计算实体单元对应的应力应变场。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，该的有限单元法中面载荷的处理装置中，第一建立单元包括：

确定子单元，用于确定离散化处理得到的作用有面载荷的实体单元的预设类型；

分解子单元，用于按照确定子单元确定的预设类型将实体单元进行分解，得到预设模型实体单元；

建立子单元，用于按照预设顺序，建立每一个分解子单元得到的预设模型实体单元对应的表面单元。

结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，该的有限单元法中面载荷的处理装置中，第一生成单元包括：

第一生成子单元，用于根据预设规则，生成表面单元与实体单元的关联关系；

第二生成子单元，用于根据第一生成子单元生成的表面单元与实体单元的关联关系，生成表面单元与面载荷的关联关系。

结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，该的有限单元法中面载荷的处理装置中，第一求解单元包括：

计算子单元，用于循环所有实体单元，计算每一个实体单元对应的刚度矩阵；

转换子单元，用于循环所有表面单元，将每一个表面单元对应的面载荷均转换为等效结点载荷；

总装子单元，用于将计算子单元计算得到的刚度矩阵和转换子单元转换得到的等效结点载荷进行总装，得到总体代数方程。

本发明实施例提供的有限单元法中面载荷的处理方法及装置，采用如下技术方案：在离散化处理得到的作用有面载荷的实体单元上建立表面单元；根据预设规则，生成表面单元与面载荷的关联关系；根据表面单元与面载荷的关联关系，生成前处理数据；根据预设的约束条件，对前处理数据进行求解，得到总体代数方程；对总体代数方程进行求解，得到节点位移，以便后续根据节点位移计算实体单元对应的应力应变场，与现有技术中的对不同类型的面载荷在一个单元内进行差异化处理给单元计算带来许多麻烦相比，其利用表面单元进行载荷处理，利用表面单元进行载荷处理能够带来以下好处：第一，存储载荷信息时只要存储载荷作用的表面单元号即可，计算过程中循环所有表面单元即可完成对面载荷的处理，简化了对面载荷进行处理的过程；第二，所有不同类型的实体单元可以共用一种或少数几种表面单元即可完成绝大部分边界条件的处理，最大可能地实现表面单元功能代码的复用，降低计算程序的维护开发成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种有限单元法中面载荷的处理方法的流程图；

图2示出了本发明实施例所提供的另一种有限单元法中面载荷的处理方法的流程图；

图3示出了本发明实施例所提供的另一种有限单元法中面载荷的处理方法的流程图；

图4示出了本发明实施例所提供的另一种有限单元法中面载荷的处理方法的流程图；

图5示出了本发明实施例所提供的另一种有限单元法中面载荷的处理方法的流程图；

图6示出了本发明实施例所提供的一种有限单元法中面载荷的处理装置的结构示意图；

图7示出了本发明实施例所提供的一种有限单元法中面载荷的处理装置中第一建立单元的结构示意图；

图8示出了本发明实施例所提供的一种有限单元法中面载荷的处理装置中第一生成单元的结构示意图；

图9示出了本发明实施例所提供的一种有限单元法中面载荷的处理装置中第一求解单元的结构示意图；

图10示出了本发明实施例所提供的另一种有限单元法中面载荷的处理装置中第一求解单元的结构示意图；

图11示出了本发明实施例所提供的另一种有限单元法中面载荷的处理装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

有限元分析(FEA，Finite Element Analysis)是利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。目前，有限元仿真广泛应用于工业设计领域，如机械、能源、航空航天等。不同类型的单元(Elements)是有限元程序计算的核心组件(求解域的离散化)，它用来描述一个微小空间区域内的物理特性和几何特性，并且将不同类型的载荷化简为计算需要的代数方程的系数。单元是实现应力应变场、电磁场、温度场等物理场计算的基础。

传统有限元仿真计算流程中，对单元面载荷的处理是放在单元内部进行处理的。有限元前处理程序需要指定面载荷作用在某个单元的第几个面上(即要同时获知载荷所作用的实体单元编号和载荷所作用面的单元内面序号)；在计算过程中，单元需要根据不同的面载荷类型(即网格形状)和不同的面形状(如是平面还是曲面)，实现不同的计算功能。由于面载荷可能有多种复杂情况，面载荷的处理是单元功能实现中较为繁琐的部分。其中，面载荷的复杂情况包括：根据面载荷作用范围的不同，面载荷可以分为面内载荷和面外载荷。根据面载荷大小的空间分布不同，又可以分为均布载荷和非均布载荷。并且如果单元表面的形状不同(例如三角形、四边形)计算方法也不相同。

具体的，对不同类型的面载荷在一个单元内进行差异化处理给单元计算带来许多麻烦。一个是存储载荷信息既要存储载荷作用的单元号又要存储载荷作用的面序号，计算过程中需要根据这些信息查找所需要的几何信息，并根据这些几何信息对面载荷进行计算处理；其中，上述过程中的计算和查找过程比较麻烦，容易出错。另一方面，不同几何形状的单元(如四面体单元，六面体单元和棱柱单元等)的面载荷处理程序有许多重复的部分却不能复用，如四面体和六面体都是由多个四边形组成，其面载荷处理程序中均包括相同的四边形部分，而在单元内无法实现相同部分程序的调用，只能重新写相同的代码，增大了工作人员程序代码维护的难度。

本发明提出用附着在三维实体表面的一层表面单元来统一处理面载荷的方法，面载荷的处理不再放在单元内部进行。其中，所谓表面单元是指厚度为零，用来将面载荷转化为等效结点载荷的一类单元，其形状可以为三角形、四边形等，并且，表面单元具体的几何特征由所附着的实体单元的表面特征决定。在计算过程中用以处理复杂边界条件，配合实体单元，简化载荷处理流程。

本发明提供的有限单元法中面载荷的处理方法及装置，利用表面单元进行载荷处理带来的好处有：第一，存储载荷信息时只要存储载荷作用的表面单元号即可，计算过程中循环所有表面单元即可完成对面载荷的处理，无须再进入实体单元内查找需要的几何信息，简化了对面载荷进行处理的过程；第二，所有不同类型的实体单元可以共用一种或少数几种表面单元即可完成绝大部分边界条件的处理，最大可能地实现表面单元功能代码的复用，降低计算程序的维护开发成本。

本发明的具体实施例如下：

参考图1，本发明提供了一种有限单元法中面载荷的处理方法，包括：

101、在离散化处理得到的作用有面载荷的实体单元上建立表面单元。

具体的，在有限元分析中，首先对测试对象进行前处理建模，并对测试对象的几何模型进行离散化处理，得到作用有面载荷的实体单元；其中，该实体单元为多个，对每个实体单元编号得到如第几实体单元；本实施例中，实体单元优选为多面体，当实体单元为多面体时(如四面体或六面体)，对该实体单元的每一个面均进行编号，得到实体单元面序号，然后确定面载荷作用的实体单元的编号及该编号的实体单元的面序号，得到实体单元与面载荷的关联关系。

然后在上述离散化处理得到的实体单元上建立表面单元，以便后续根据该表面单元进行面载荷的计算和处理。

其中，所谓表面单元是指厚度为零，用来将面载荷转化为等效结点载荷的一类单元，其形状可以为三角形、四边形等，并且，表面单元具体的几何特征由所附着的实体单元的表面特征决定。

102、根据预设规则，生成表面单元与面载荷的关联关系。

具体的，预设规则可以是预先设定的，比如使某一个表面单元代替某个实体单元的某个面，以及使另一个表面单元代替该实体单元的另一个面等。该预设规则具体可以根据需要进行设置，本发明对此不做具体限制。根据预设规则，记录建立的表面单元与实体单元的关联关系，并根据该表面单元与实体单元的关联关系生成表面单元与面载荷的关联关系，上述过程即将面载荷作用在某个实体单元的第几号面上，转换为将面载荷作用在表面单元上，而用该表面单元代替某个实体单元的第几号面。

103、根据表面单元与面载荷的关联关系，生成前处理数据。

具体的，前处理数据即表面单元的个数、每一个表面单元上结点个数、每个表面单元上的结点位置以及每个表面单元对应的面载荷数量等。

本实施例中，是用表面单元代替了某个实体单元的第几号面，故根据该表面单元与面载荷的关联关系，即可以生成上述等的前处理数据，以便后续根据该前处理数据进行求解计算。

104、根据预设的约束条件，对前处理数据进行求解，得到总体代数方程。

具体的，预设的约束条件即处理几何模型中被约束的自由度；实际上，在实际的求解计算过程中，是需要将一些变量进行约束，将这些变量作为常系数，即用简单的问题代替复杂的问题，在对简单的问题进行求解，才能最终求解复杂的问题；该过程即是对几何模型中的预设变量定义为常系数，并根据定的常系数对前处理数据进行求解，并将求解的结果进行总装，然后得到总体代数方程，后续对该总体代数方程进行求解，即可得到所需要的结果——即结点位移。

105、对总体代数方程进行求解，得到节点位移，以便后续根据节点位移计算实体单元对应的应力应变场。

具体的，该过程即是步骤104中组装的总体代数方程进行求解，组装后的总体代数方程即是只含有结点位移变量的方程，根据数学运算即可计算得到节点位移。

然后，根据求得的结点位移并结合行业内的通用算法，即可计算得出将对应的实体单元对应的应力应变场，以便工作人员可以根据该应力应变场确定测试对象的安全系数。其中，该应力应变场即应力值即所有应力值的分布情况。

本发明提供的有限单元法中面载荷的处理方法，利用表面单元进行载荷处理带来的好处有：第一，存储载荷信息时只要存储载荷作用的表面单元号即可，计算过程中循环所有表面单元即可完成对面载荷的处理，无须再进入实体单元内查找需要的几何信息，简化了对面载荷进行处理的过程；第二，所有不同类型的实体单元可以共用一种或少数几种表面单元即可完成绝大部分边界条件的处理，最大可能地实现表面单元功能代码的复用，降低计算程序的维护开发成本。

参考图2，本发明中，考虑到后续的计算方便且对重复程序代码可以加以利用的问题，该有限单元法中面载荷的处理方法中，步骤101中在离散化处理得到的作用有面载荷的实体单元上建立表面单元，具体包括如下步骤：

201、确定离散化处理得到的作用有面载荷的实体单元的预设类型。

具体的，实体单元的预设类型包括：三维实体单元(如四面体单元，六面体单元，棱柱单元等)和板壳单元，首先确定该实体单元的具体类型，以便后续根据该确定的类型在该实体单元上建立表面单元。

202、按照预设类型将实体单元进行分解，得到预设模型实体单元。

具体的，在确定了实体单元的类型后，根据各种类型对应的不同的分解方法对整个实体单元进行分解；如对六面体，即按照六面体的六面，每一面的面载荷的网格形状、每一面是否是平面、该面对应的面载荷是面内载荷还是面外载荷以及该面对应的面载荷是均匀载荷还非均匀载荷对实体单元进行分解；如对四面体，即按照的四面，每一面的面载荷的网格形状、每一面是否是平面、该面对应的面载荷是面内载荷还是面外载荷以及该面对应的面载荷是均匀载荷还非均匀载荷对实体单元进行分解。

其中，上述分解得到的每一种模型都对应一个预设模型实体单元，记下该预设模型实体单元的数量，以便后续建立与该数量相同的表面单元。

当然，具体的分解方式并不限于上述方法，其他处于对实体单元进行分解范围内的都在本发明的保护范围内。

203、按照预设顺序，建立每一个预设模型实体单元对应的表面单元。

具体的，在分解结束后，得到多个预设模型，建立每一个预设模型实体单元对对应的表面单元。其中，表面单元的数量与预设模型实体单元的数量相同，表面单元的数量也可以与预设模型实体单元不相同。在不相同的情况下，如在预设模型实体单元中确定作用有面载荷的预设模型实体单元，然后在作用有面载荷的预设模型实体单元上建立表面单元即可。

参考图3，本发明中，步骤103的具体实现方式如下：

301、根据预设规则，生成表面单元与实体单元的关联关系。

302、根据表面单元与实体单元的关联关系，生成表面单元与面载荷的关联关系。

具体的，本发明实施例中先根据预设规则确定表面单元与实体单元的关联关系，由于实体单元与面载荷有关联关系事先已知，故由上述两者关联关系可以得到表面单元与面载荷的关联关系。

本发明对面载荷的处理过程是通过表面单元代理实体单元，在计算过程中通过表面单元处理复杂边界条件，并使其配合实体单元，简化载荷处理流程，参考图4，其中，使用面载荷的具体处理方式如下：

即根据预设的约束条件，对前处理数据进行求解，得到整体代理方程包括：

401、循环所有实体单元，计算每一个实体单元对应的刚度矩阵。

本实施例中，计算刚度矩阵的方式与现有计算实体单元的方式相同，本步骤不在进行说明。

402、循环所有表面单元，将每一个表面单元对应的面载荷均转换为等效结点载荷。

具体的，为了便于循环所有表面单元，首先根据表面单元与实体单元的关联关系以及实体单元的预设个数，对表面单元进行编号，得到表面单元号；然后按照编号得到的表面单元号，循环所有表面单元，并将确定的表面单元对应的面载荷转换为等效结点载荷。

本实施例中循环表面单元，根据表面单元上结点坐标通过一定的算法将面载荷转换为等效结点载荷。相比查找有面载荷作用的实体单元编号以及作用面的面序号，根据面序号判断面的形状并查找面上结点的几何坐标。根据面形状及结点坐标通过计算将面载荷转换为等效结点载荷的传统流程，省去了查找面和结点信息的麻烦。

403、将刚度矩阵和等效结点载荷进行总装，得到总体代数方程。

具体的，即将对每一个实体单元计算得到的刚度矩阵作为代数方程的左端项，将上述实体单元的替代者——每一个表面单元对应的面载荷计算得到的多个等效结点信息作为代数方程的右端项，得到多个左端项和右端项，使多个左端项与多个右端项对应总装成总体代数方程。

具体的，参考图5，在步骤101之前，还包括：

501、根据测试对象的物理性质和几何区域，建立测试对象的几何模型。

502、对几何模型进行离散化处理，得到多个作用有面载荷的实体单元。

具体的，对几何模型进行离散化处理后，可以得到多个作用有面载荷的实体单元，以便后续循环这多个实体单元，并进行后续的计算。

本发明实施例提供的有限单元法中面载荷的处理方法，与现有技术中的对不同类型的面载荷在一个单元内进行差异化处理给单元计算带来许多麻烦相比，其利用表面单元进行载荷处理，利用表面单元进行载荷处理能够带来以下好处：第一，存储载荷信息时只要存储载荷作用的表面单元号即可，计算过程中循环所有表面单元即可完成对面载荷的处理，简化了对面载荷进行处理的过程；第二，所有不同类型的实体单元可以共用一种或少数几种表面单元即可完成绝大部分边界条件的处理，最大可能地实现表面单元功能代码的复用，降低计算程序的维护开发成本。

本发明还提供了一种有限单元法中面载荷的处理装置，参考图6，包括：

第一建立单元11，用于在离散化处理得到的作用有面载荷的实体单元上建立表面单元。

第一生成单元12，用于根据预设规则，生成第一建立单元11建立的表面单元与所述面载荷的关联关系。

第二生成单元13，根据第一生成单元12生成的表面单元与面载荷的关联关系，生成前处理数据。

第一求解单元14，用于根据预设的约束条件，对第二生成单元13生成的前处理数据进行求解，得到总体代数方程。

第二求解单元15，用于对第一求解单元14求解得到的总体代数方程进行求解，得到节点位移，以便后续根据节点位移计算实体单元对应的应力应变场。

进一步的，参考图7，该有限单元法中面载荷的处理装置中，第一建立单元11包括：

确定子单元111，用于确定离散化处理得到的作用有面载荷的实体单元的预设类型.

分解子单元112，用于按照确定子单元111确定的预设类型将实体单元进行分解，得到预设模型实体单元.

建立子单元113，用于按照预设顺序，建立每一个分解子单元112得到的预设模型实体单元对应的表面单元。

进一步的，参考图8，该有限单元法中面载荷的处理装置中，第一生成单元12包括：

第一生成子单元121，用于根据预设规则，生成表面单元与实体单元的关联关系。

第二生成子单元122，用于根据第一生成子单元121生成的表面单元与实体单元的关联关系，生成表面单元与面载荷的关联关系。

进一步的，参考图9，该有限单元法中面载荷的处理装置中，第一求解单元14包括：

计算子单元141，用于循环所有实体单元，计算每一个实体单元对应的刚度矩阵；

转换子单元142，用于循环所有表面单元，将每一个表面单元对应的面载荷均转换为等效结点载荷；

总装子单元143，用于将计算子单元141计算得到的刚度矩阵和转换子单元142转换得到的等效结点载荷进行总装，得到总体代数方程。

进一步的，参考图10，该的有限单元法中面载荷的处理装置中，第一求解单元14还包括：

编号子单元144，用于根据表面单元与实体单元的关联关系以及实体单元的预设个数，对表面单元进行编号，得到表面单元号；

循环子单元145，用于按照编号子单元144编号得到的表面单元号，循环所有表面单元。

进一步的，参考图11，该有限单元法中面载荷的处理装置还包括：

第二建立单元16，用于根据测试对象的物理性质和几何区域，建立测试对象的几何模型；

离散化处理单元17，用于对第二建立单元16建立的几何模型进行离散化处理，得到多个作用有面载荷的实体单元。

本发明提供的有限单元法中面载荷的处理装置，利用表面单元进行载荷处理带来的好处有：第一，存储载荷信息时只要存储载荷作用的表面单元号即可，计算过程中循环所有表面单元即可完成对面载荷的处理，无须再进入实体单元内查找需要的几何信息，简化了对面载荷进行处理的过程；第二，所有不同类型的实体单元可以共用一种或少数几种表面单元即可完成绝大部分边界条件的处理，最大可能地实现表面单元功能代码的复用，降低计算程序的维护开发成本。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种有限单元法中面载荷的处理方法，其特征在于，包括：

在离散化处理得到的作用有面载荷的实体单元上建立表面单元；

根据预设规则，生成所述表面单元与所述面载荷的关联关系；

根据所述表面单元与面载荷的关联关系，生成前处理数据；

循环所有所述实体单元，计算每一个所述实体单元对应的刚度矩阵；

循环所有所述表面单元，将每一个所述表面单元对应的面载荷均转换为等效结点载荷；

将所述刚度矩阵和所述等效结点载荷进行总装，得到总体代数方程；

对所述总体代数方程进行求解，得到节点位移，以便后续根据所述节点位移计算所述实体单元对应的应力应变场。

2.根据权利要求1所述的有限单元法中面载荷的处理方法，其特征在于，所述在离散化处理得到的作用有面载荷的实体单元上建立表面单元，包括：

确定离散化处理得到的作用有面载荷的实体单元的预设类型；

按照所述预设类型将所述实体单元进行分解，得到预设模型实体单元；

按照预设顺序，建立每一个所述预设模型实体单元对应的表面单元。

3.根据权利要求1所述的有限单元法中面载荷的处理方法，其特征在于，所述根据预设规则，生成所述表面单元与所述面载荷的关联关系包括：

根据预设规则，生成所述表面单元与所述实体单元的关联关系；

根据所述表面单元与实体单元的关联关系，生成所述表面单元与面载荷的关联关系。

4.根据权利要求3所述的有限单元法中面载荷的处理方法，其特征在于，所述循环所有所述表面单元包括：

根据所述表面单元与所述实体单元的关联关系以及所述实体单元的预设个数，对所述表面单元进行编号，得到表面单元号；

按照编号得到的所述表面单元号，循环所有所述表面单元。

5.根据权利要求4所述的有限单元法中面载荷的处理方法，其特征在于，所述在离散化处理得到的作用有面载荷的实体单元上建立表面单元之前，还包括：

根据测试对象的物理性质和几何区域，建立所述测试对象的几何模型；

对所述几何模型进行离散化处理，得到多个作用有面载荷的实体单元。

6.一种有限单元法中面载荷的处理装置，其特征在于，包括：

第一建立单元，用于在离散化处理得到的作用有面载荷的实体单元上建立表面单元；

第一生成单元，用于根据预设规则，生成所述第一建立单元建立的表面单元与所述面载荷的关联关系；

第二生成单元，根据所述第一生成单元生成的所述表面单元与面载荷的关联关系，生成前处理数据；

第一求解单元，用于根据预设的约束条件，对所述第二生成单元生成的所述前处理数据进行求解，得到总体代数方程；

第二求解单元，用于对所述第一求解单元求解得到的所述总体代数方程进行求解，得到节点位移，以便后续根据所述节点位移计算所述实体单元对应的应力应变场；

所述第一求解单元包括：

计算子单元，用于循环所有所述实体单元，计算每一个所述实体单元对应的刚度矩阵；

转换子单元，用于循环所有所述表面单元，将每一个所述表面单元对应的面载荷均转换为等效结点载荷；

总装子单元，用于将所述计算子单元计算得到的刚度矩阵和所述转换子单元转换得到的所述等效结点载荷进行总装，得到总体代数方程。

7.根据权利要求6所述的有限单元法中面载荷的处理装置，其特征在于，所述第一建立单元包括：

确定子单元，用于确定离散化处理得到的作用有面载荷的实体单元的预设类型；

分解子单元，用于按照所述确定子单元确定的所述预设类型将所述实体单元进行分解，得到预设模型实体单元；

建立子单元，用于按照预设顺序，建立每一个所述分解子单元得到的所述预设模型实体单元对应的表面单元。

8.根据权利要求7所述的有限单元法中面载荷的处理装置，其特征在于，所述第一生成单元包括：

第一生成子单元，用于根据预设规则，生成所述表面单元与所述实体单元的关联关系；

第二生成子单元，用于根据所述第一生成子单元生成的表面单元与实体单元的关联关系，生成所述表面单元与面载荷的关联关系。