CN109002592A - 一种随机点蚀坑在板实体有限元模型中全自动建模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种随机点蚀坑在板实体有限元模型中全自动建模方法，先用APDL语言对实体模型进行参数化设置。定义四个数组分别存放点蚀位置X、Y坐标信息、随机半径和随机深度。随机生成一个与板等厚的圆柱，以此圆柱圆心为基准，此后每生成的圆柱圆心都与其最近的圆柱圆心进行距离对比，用以排除点蚀区域可能重叠的圆心。布尔挖孔，在圆孔处再次生成高度为板厚减去随机深度，半径与圆孔半径相同的圆柱，即为所需的点蚀坑底，其上部即为点蚀坑。对板沿长、宽进行等距离切割，然后对点蚀区对角切分，最后沿板厚等距切分，利用映射划分整个点蚀板实体几何模型，构建出随机点蚀全自动模型。本发明构建的数值模型具有通用性和真实性。

Description

一种随机点蚀坑在板实体有限元模型中全自动建模方法
技术领域
本发明涉及到受点坑腐蚀板实体的自动建模分网技术，具体是在实体板有限元模型中产生随机半径和随机深度的点蚀坑，同时不会出现重叠现象，之后采用循环控制的方法对点蚀区等部位进行合理切分，映射划分网格，在仅需设置几个参数的情况下，做到精确合理的点蚀板全自动建模。
背景技术
点蚀由于蚀孔孔径较小，洞口表面常有腐蚀产物遮盖，所以很难发现，点蚀经常发生在具有自钝化性能的金属或合金上，并且在含氯离子的介质中更易发生如不锈钢、铝和铝合金等在海水中发生的点蚀，碳钢在表而有氧化皮或层有孔隙的情况下，在含氯离子水中也会出现点蚀。因此点蚀尤其在海洋技术和船舶腐蚀与防护显得尤为重要,目前国内对此类研究相对较少。
在点蚀损伤构件研究方面，本发明是利用坐标参数化信息控制点蚀坑的重叠，通过循环控制依次移动工作平面原点到点蚀坐标处实现对模型合理切割，且仅修改所设置的参数即可实现全自动划分有限元网格对随机点蚀进行数值模拟。
发明内容
本发明是一种随机点蚀坑在板实体有限元模型中全自动建模方法，根据不同的板实体模型只需设置不同参数，即可实现自动建模，
本发明是通过以下步骤实现的
A.用APDL参数化设计语言对板实体有限元模型进行参数化设置，定义材料单元属性，并定义两个数组，分别用来存放点蚀圆心X、Y有效坐标信息。每个(X,Y)坐标作为可能出现的点蚀圆心位置。
再定义两个数组，分别存放随机半径和随机深度。
B.开始随机生成第一个点蚀坑圆柱，圆柱的高是与模型的厚度相等。以此圆柱圆心为基准，与下一个生成的圆柱圆心进行距离对比，用来判断新生成的圆心是否与原有的圆心重叠。此后每生成的圆柱圆心都与最近的圆柱圆心进行距离对比，用以排除点蚀区域可能重叠的圆心。循环控制直到生成所有非重叠的圆柱。布尔操作挖孔，同时在圆孔处再次生成圆柱，但高度为板厚减去随机深度，半径与圆孔半径相同，此时生成的圆柱体作为本发明所要求的点蚀坑底部，其上部即为点蚀坑。
C.通过移动，旋转坐标平面，沿板实体长，宽方向分别进行等距离切割，切割次数由循环控制。通过循环控制，移动工作平面原点到点蚀坐标圆心位置对点蚀区依次进行对角切分，然后沿厚度进行等距切分，厚度方向切分最小单位与随机深度有关，粘接所有体，利用映射划分整个点蚀板实体几何模型，构建出随机点蚀全自动模型。
本发明的优点如下
1.本发明只需设置模型的基本参数即可自动建模分网。
2.循环控制依次切分随机点蚀区。
3.程序简单且具有通用性。
附图说明
下面结合附图和具体实施步骤对本发明作进一步详细说明
图1：在实体板上生成随机圆柱示意图
图2：实体板切分生成圆柱孔示意图
图3：实体板上生成随机点蚀示意图
图4：对实体板进行切分示意图
图5：对点蚀区进行切分示意图
图6：板左视图切分示意图
图7：实体板有限元网格划分示意图
具体实施方式
第一步：
(1)设置的参数包括实体模型的长A＝8,宽B＝8,厚C＝1，随机点蚀个数N＝6。
(2)定义单元属性。属性包括：选择solid185，弹性模量2.1e11，泊松比 0.3，屈服点205e6，切向模量2.06E9等。
(3)根据参数设置生成一个板实体。
第二步：
(1)定义两个一维数组LOCX(i),LOCY(i)分别随机存放X坐标Y坐标 (2)再通过循环分别给板实体横坐标LOCX，纵坐标LOCY赋值。每个 (X,Y)坐标的组合作为可能出现点蚀的坐标。X坐标为(1～A-1),Y坐标为 (1～B-1)增量都为1。
(3)再定义两个一维数组，R，H分别存放N个半径，N个深度，给数组R写入随机半径，半径为0.2～0.6。给数组H写入随机深度，深度为0.2～0.8。
第三步
(1)随机生成一个关键点，关键点号为1001，用此关键点作为圆心生成一个半径为R(1)与板等厚的圆柱，并在此关键点处生成一个节点，节点号为1001。参见图1。
(2)使用嵌套循环，第一个循环，从2开始到N结束。
(3)第二个循环开始，循环次数应覆盖所有可能发生点蚀的坐标数，本循环为了满足条件，选择循环次数为3A*B次。从所有可能发生点蚀的坐标中，随机产生一个纵坐标NJY，一个横坐标NJX并用此坐标建立节点J。
(4)用J节点与最近的节点编号为NMIN＝NODE(NJX,NJY,O)通过DISTND 命令进行距离对比。所得距离赋值给JULI。
(5)通过*IF语句根据点蚀坑的范围判断，如果JULI≥2,则满足范围要求在此生成节点，通过节点生成关键点，点号为1000+I。以此关键点为圆心生成一个的圆柱，圆柱的高度为板厚度，半径为R(I)。若不满足条件，则删除J节点。
(6)继续运行循环，直至选到N点，生成所有圆柱，结束循环。
(7)板实体减去圆柱体，产生圆孔。参见图2
第四步
(1)经过以上选中的圆柱都有编号，在圆孔处通过循环控制，依次重新生成与圆孔等直径，高度为(板厚-随机深度)的圆柱，随机深度经过取整处理，这是本发明所要求的点蚀坑。参见图3
(2)点蚀深度需要经过取整等处理，在沿板厚度等距切分的时候，如果不能保证每个点蚀深度最小单位与切分最小单位相等，则最后影响有限元网格划分，所以随机深度需经过取整处理，其最小单位要与板厚切分最小单位相同，以便于后面有限元网格的划分。
第五步
(1)绕X轴旋转工作平面角度-90，使用WPOFFS和VSBW切割，控制切割次数为B-1次，再把工作平面绕Y轴旋转90度，再次通过循环切割，控制切割次数为A-1次，回到全局坐标系。参见图4
(2)移动工作平面原点到点蚀圆心坐标位置，在点蚀处通过VSEL选择点蚀区。点蚀区是，点蚀圆心X位置左右各一个等距切分，再在Y位置处选择上下各一个等距切分，围成的一个四边形点蚀区域，对点蚀区域进行对角切分。循环控制依次移动工作平面原点到点蚀坐标位置对所有点蚀区域进行对角切分。参见图5
(3)通过循环，沿厚度切分。切分最小单位为C/10与点蚀深度最小单位相同。参见图6
(4)粘接所有体，回到全局坐标，划分有限元网格。
第六步：
其划分有限元网格的方法是：
(1)LSEL选择垂直于X轴的线。
(2)再从中选择垂直Y轴的线。
(3)网格线划分，选择所有，NDIV＝1。
(4)选择垂直Z轴的线。
(5)网格线划分，选择所有，NDIV＝6。
(6)设置所有体。
(7)给单元赋予属性。
(8)体划分所有，利用映射划分整个点蚀板实体几何模型，结束有限元划分网格，参见图7。

Claims (5)

1.一种随机点蚀坑在板实体有限元模型中全自动建模方法，其特征包括以下步骤：
A.用APDL参数化设计语言对板实体有限元模型进行参数化设置，定义材料单元属性，并定义两个数组，分别用来存放点蚀圆心X、Y有效坐标信息。每个(X,Y)坐标作为可能出现的点蚀圆心位置。
再定义两个数组，分别存放随机半径和随机深度。
B.开始随机生成第一个点蚀坑圆柱，圆柱的高是与模型的厚度相等。以此圆柱圆心为基准，与下一个生成的圆柱圆心进行距离对比，用来判断新生成的圆心是否与原有的圆心重叠。此后每生成的圆柱圆心都与最近的圆柱圆心进行距离对比，用以排除点蚀区域可能重叠的圆心。循环控制直到生成所有非重叠的圆柱。布尔操作挖孔，同时在圆孔处再次生成圆柱，但高度为板厚减去随机深度，半径与圆孔半径相同，此时生成的圆柱体作为本发明所要求的点蚀坑底部，其上部即为点蚀坑。
C.通过移动，旋转坐标平面，沿板实体长，宽方向分别进行等距离切割，切割次数由循环控制。通过循环控制，移动工作平面原点到点蚀坐标圆心位置对点蚀区依次进行对角切分，然后沿厚度进行等距切分，厚度方向切分最小单位与随机深度有关，粘接所有体，利用映射划分整个点蚀板实体几何模型，构建出随机点蚀全自动模型。
2.根据权利要求1所述一种随机点蚀坑在板实体有限元模型中全自动建模方法，其特征是：
在步骤A中，对板实体有限元模型进行参数化设置具体设置是：
(1)设置的参数包括实体模型的长A、宽B、厚C和随机点蚀个数N。
(2)定义单元属性。属性包括：弹性模量，泊松比，屈服点，切向模量等定义两个数组用来存放圆心有效坐标具体步骤是：
(1)定义两个一维数组LOCX(i),LOCY(i)分别随机存放X和Y坐标信息。
(2)再通过循环分别给板实体横坐标LOCX、纵坐标LOCY赋值。每个(X,Y)组合的坐标作为可能出现的点蚀位置。
(3)再定义两个一维数组，R，H分别存放N个半径、N个深度，给数组R写入随机半径，并给数组H写入随机深度。
3.根据权利要求1所述一种随机点蚀坑在板实体有限元模型中全自动建模方法，其特征是
在步骤B中，排除点蚀区域可能重叠的方法是：
(1)随机生成一个关键点，用此关键点作为圆心生成一个圆柱，并在此关键点处生成一个节点。
(2)使用嵌套循环，其中第一个循环，从2开始到N结束。
(3)第二个循环开始，循环次数应覆盖所有可能发生点蚀的坐标数，从所有可能发生点蚀的位置坐标中，随机产生一个纵坐标，一个横坐标并用此坐标建立节点。
(4)用此节点与周围最近的节点进行距离对比。
(5)通过*IF语句，根据点蚀坑的生产范围判断，满足距离要求则在此生成节点，通过节点生成关键点，以此关键点为圆心生成一个的圆柱，圆柱的高度为板厚度，半径为R(I)(I是第一个循环的循环次数)，若坐标无效，则删除该节点。
(6)继续运行循环，直至选到N点，结束循环。
(7)板实体减去圆柱体，生产圆孔。
(8)根据以上选中的圆柱编号，在圆孔处通过循环控制，依次重新生成与圆孔等直径，高度为板厚-随机深度的圆柱，这是本发明所要求的点蚀坑底，其上部即为点蚀坑。点蚀随机深度需要经过取整等处理，在沿板厚度等距切分的时候，如果不能保证每个点蚀深度最小单位与切分最小单位相等，则最后影响有限元网格划分，所以随机深度需经过取整处理，其最小单位要与板厚切分最小单位相同，以便于后面有限元网格的划分。
4.根据权利要求1所述一种随机点蚀坑在板实体有限元模型中全自动建模方法，其特征是
在步骤C中，沿板实体长，宽方向分别进行等距离切割的具体方法是：
(1)绕X轴旋转工作平面角度-90，使用WPOFFS和VSBW进行等距切割，控制切割次数为B-1次，再把工作平面绕Y轴旋转90度，再次通过循环等距切割，控制切割次数为A-1次，回到全局坐标系。
(2)移动工作平面原点到点蚀区圆心坐标位置，在点蚀区通过VSEL选中点蚀区。点蚀区是点蚀圆心X位置左右各一个等距切分，再在Y位置处选择上下各一个等距切分，围成的一个四边形点蚀区域，对点蚀区域进行对角切分。循环控制依次移动工作平面原点到点蚀坐标位置对所有点蚀区域进行对角切分。
(3)通过循环，沿厚度等距切分。切分最小间距单位与点蚀深度最小单位相同。
(4)粘接所有体，回到全局坐标，准备划分有限元网格。
5.根据权利要求1所述一种随机点蚀坑在板实体有限元模型中全自动建模方法，其特征是
其有限元划分网格的方法是:
(1)LSEL选择垂直于X轴的线
(2)再从中选择垂直Y轴的线
(3)网格线划分
(4)选择垂直Z轴的线
(5)网格线划分
(6)设置所有体
(7)给单元赋予属性
(8)体划分所有，利用映射划分整个点蚀板实体几何模型，结束有限元划分网格。
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