CN110188513B - 螺纹孔六面体网格建模方法、系统及信息数据处理终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺纹孔六面体网格建模方法、系统及信息数据处理终端，涉及有限元仿真技术领域，螺纹孔六面体网格建模方法包括：步骤一，几何简化建模；步骤二，沿轴线对半切分螺纹孔；步骤三：螺纹扫描截面的切分；步骤四：螺纹截面的面网格划分；步骤五：螺纹第i次扫略；步骤六：螺纹末端截面的面网格生成；步骤七：螺纹第j次扫略；步骤八：轨迹线的轴向复制移动；步骤九：合并网格节点；步骤十：判断扫略次数是否达到螺纹牙数的两倍；步骤十一：删除面网格：删除所有的面网格，保留所有的六面体网格，完成螺纹孔的六面体网格简化建模。本发明在考虑螺距特征的同时，降低螺纹孔六面体网格建模难度，提高螺纹连接有限元分析的效率。

Description

螺纹孔六面体网格建模方法、系统及信息数据处理终端

技术领域

本发明涉及有限元仿真技术领域，特别是涉及到一种螺纹孔六面体网格建模方法、系统及信息数据处理终端。

背景技术

螺纹连接是一种常见的工程连接方式，由螺栓和螺纹孔等组成，由于连接可靠、方便拆卸等优势，螺纹连接得到广泛应用。然而，从有限元分析的角度，螺纹由于形状复杂、几何尺寸变化较大、难以被划分成六面体网格等客观因素，有限元分析结果难以收敛，因此，许多工程师忽略螺纹分析，或者螺纹建模时进行大量简化。例如，螺栓连接结构有限元分析时，通常止步于螺栓预紧力分析，忽略螺纹的网格建模；或者采用平面轴对称模型建模方法将螺纹简化，忽略了螺纹结构的螺距特征。

洪军等提出的《一种可实现六面体网格划分的螺栓有限元参数化建模方法》(专利申请号：201110302715.9)，通过在有限元软件中参数化建模的方法建立了螺栓几何结构，然后将单个螺距的螺栓模型切割成17个截面，最后利用映射的方法划分成螺栓的六面体网格模型；张明利等提出的《一种MJ螺栓及螺母有限元网格建模方法》(专利申请号：201610495315.7)，通过建立螺纹外轮廓和内轮廓方程，采用挤压或拉伸的方法建立螺栓和螺母的六面体网格模型；鄢忠方等提出的《锥螺纹接头的六面体网格划分方法》(专利申请号：201710180631.X)，通过建立参考面的方法将螺纹切割成若干段，单独为每段螺纹进行网格划分，最终划分整体的螺纹结构；高大威等提出的《一种模拟螺纹配合的六面体有限元网格划分方法》(专利申请号：201810208795.3)，首先建立螺纹截面的椭圆几何，然后不断利用拉伸、旋转的命令建立螺纹六面体网格。

现有技术方法存在以下不足：(1)技术难度较大，对操作人员的专业要求高，提高了螺纹有限元分析的技术门槛，不利于工程应用；(2)工作量巨大，需要进行数十次的截面切割，上百次的网格拉伸、旋转操作，不利于技术推广；(3)轴对称简化建模方法无法考虑螺纹的螺距特征。

另外，在实际的工程应用中，螺栓的结构强度通常大于螺纹孔，发生结构失效的位置通常是内螺纹，而非外螺纹。螺纹强度校核时，为了降低计算难度，可以将螺栓简化为刚性体，并且，可以采用绑定约束的方法进一步降低外螺纹的网格划分难度。但是螺纹孔作为重点分析对象，不适宜采用刚性体或绑定约束等方法，因此，提出一种考虑螺距特征的螺纹孔六面体网格建模方法，对于降低螺纹连接有限元分析难度，具有较大的工程应用意义。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提供了一种螺纹孔六面体网格建模方法，该螺纹孔六面体网格建模方法在考虑螺距特征的同时，降低螺纹孔六面体网格建模难度，提高螺纹连接有限元分析的效率。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

本发明的第一发明目的是提供一种螺纹孔六面体网格建模方法，至少包括：

步骤一，几何简化建模：在三维建模软件或有限元分析软件中，利用螺旋扫描的命令建立螺纹孔的三维简化几何特征；进行内螺纹孔的螺旋扫描时，以螺纹小径为基本圆柱，通过增加材料的方法，扫描出螺纹特征；

步骤二，沿轴线对半切分螺纹孔：将所述三维简化几何特征导入到有限元软件中，过轴线将螺纹孔对半切分成左、右两部分；

步骤三：螺纹扫描截面的切分：在步骤二对半切分形成的截面内，选择第一牙螺纹的切分截面进一步切分；建立L1、L2、L3、L4共计四条分割线，其中，L1平行于轴线，L1与轴线的距离等于螺纹大径的二分之一；L2、L3、L4分别垂直于轴线；上述四条分割线，将第一牙螺纹的切分截面进一步切分成一个梯形截面和两个矩形截面，所述的一个梯形截面和两个矩形截面共同组成网格的扫略截面；

步骤四：螺纹截面的面网格划分：使用四边形网格对步骤三得到的一个梯形截面和两个矩形截面分别进行面网格划分；所述梯形截面网格层数不少于三层；与梯形截面相邻的矩形截面网格层数等同于梯形截面的网格层数；

步骤五：螺纹第i次扫略，其中：i＝1、3、5、……、2n-1，n为螺纹牙数：步骤二将螺纹孔几何特征对半切分后，每一牙螺纹的螺旋线均被切分成左、右两个部分；每个部分的螺旋线均包含五条，分别是S1、S2、S3、S4、S5；选择任意一条螺旋线作为扫略轨迹，将步骤四得到的面网格进行第i次网格扫略；

步骤六：螺纹末端截面的面网格生成：在步骤五扫略得到的六面体网格末端，建立一层面网格，使得面网格的网格节点与六面体网格表面的节点相同；

步骤七：螺纹第j次扫略，其中：j＝i+1：选择与步骤五扫略轨迹线左右对应的另一半螺纹螺旋线作为扫略轨迹，将步骤六生成的面网格进行第j次网格扫略，步骤七的网格单元长度与步骤五相同；

步骤八：轨迹线的轴向复制移动：复制步骤五和步骤六网格扫略所用的轨迹线进行轴向移动，移动的距离等于螺距，生成下一牙螺纹扫略需要的轨迹线；

步骤九：合并网格节点：重复步骤五至步骤七，形成下一牙螺纹的六面体网格；通过合并网格节点命令，将相邻层网格的节点进行合并，实现所有网格的共节点；

步骤十：判断扫略次数是否达到螺纹牙数的两倍：如果扫略次数未达到螺纹牙数的两倍，则重复进行步骤五至步骤九；如果扫略次数达到螺纹牙数的两倍，则进行步骤十一；

步骤十一：删除面网格：删除所有的面网格，保留所有的六面体网格，完成螺纹孔的六面体网格简化建模。

本发明的第二发明目的是提供一种螺纹孔六面体网格建模系统，至少包括：

模块A，几何简化建模：在三维建模软件或有限元分析软件中，利用螺旋扫描的命令建立螺纹孔的三维简化几何特征；进行内螺纹孔的螺旋扫描时，以螺纹小径为基本圆柱，通过增加材料的方法，扫描出螺纹特征；

模块B，沿轴线对半切分螺纹孔：将所述三维简化几何特征导入到有限元软件中，过轴线将螺纹孔对半切分成左、右两部分；

模块C：螺纹扫描截面的切分：在模块B对半切分形成的截面内，选择第一牙螺纹的切分截面进一步切分；建立L1、L2、L3、L4共计四条分割线，其中，L1平行于轴线，L1与轴线的距离等于螺纹大径的二分之一；L2、L3、L4分别垂直于轴线；上述四条分割线，将第一牙螺纹的切分截面进一步切分成一个梯形截面和两个矩形截面，所述的一个梯形截面和两个矩形截面共同组成网格的扫略截面；

模块D：螺纹截面的面网格划分：使用四边形网格对模块C得到的一个梯形截面和两个矩形截面分别进行面网格划分；所述梯形截面网格层数不少于三层；与梯形截面相邻的矩形截面网格层数等同于梯形截面的网格层数；

模块E：螺纹第i次扫略，其中：i＝1、3、5、……、2n-1，n为螺纹牙数：模块B将螺纹孔几何特征对半切分后，每一牙螺纹的螺旋线均被切分成左、右两个部分；每个部分的螺旋线均包含五条，分别是S1、S2、S3、S4、S5；选择任意一条螺旋线作为扫略轨迹，将模块D得到的面网格进行第i次网格扫略；

模块F：螺纹末端截面的面网格生成：在模块E扫略得到的六面体网格末端，建立一层面网格，使得面网格的网格节点与六面体网格表面的节点相同；

模块G：螺纹第j次扫略，其中：j＝i+1：选择与模块E扫略轨迹线左右对应的另一半螺纹螺旋线作为扫略轨迹，将模块F生成的面网格进行第j次网格扫略，模块G的网格单元长度与模块E相同；

模块H：轨迹线的轴向复制移动：复制模块E和模块F网格扫略所用的轨迹线进行轴向移动，移动的距离等于螺距，生成下一牙螺纹扫略需要的轨迹线；

模块I：合并网格节点：重复模块E、模块F、模块G，形成下一牙螺纹的六面体网格；通过合并网格节点命令，将相邻层网格的节点进行合并，实现所有网格的共节点；

模块J：判断扫略次数是否达到螺纹牙数的两倍：如果扫略次数未达到螺纹牙数的两倍，则重复进行模块E、模块F、模块G、模块H、模块I；如果扫略次数达到螺纹牙数的两倍，则进行模块K；

模块K：删除面网格：删除所有的面网格，保留所有的六面体网格，完成螺纹孔的六面体网格简化建模。

本发明的第三发明目的是提供一种实现上述螺纹孔六面体网格建模方法的计算机程序。

本发明的第四发明目的是提供一种实现上述螺纹孔六面体网格建模方法的信息数据处理终端。

本发明的第五发明目的是提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述螺纹孔六面体网格建模方法。

本发明具有的优点和积极效果是：

通过采用上述技术方案，本发明首先建立螺纹孔的简化三维模型；然后通过几何切分，将螺纹的扫描截面切分成1个梯形和2个矩形；然后通过多次网格扫略，建立螺纹孔的六面体网格；网格扫描的次数等于螺纹牙数的2倍。

本发明具有以下优点：

(1)方法简单，便于理解，对操作人员的专业要求较低，适合工程应用；

(2)效率较高，本发明主要以网格扫描为主，网格扫描的次数仅为螺纹牙数的2倍；

(3)网格模型考虑了螺纹的螺距特征。

附图说明：

图1是本发明优选实施例的流程图；

图2是本发明优选实施例中的一个螺栓和螺纹孔结构示意图；

图3是本发明优选实施例中的螺纹孔几何简化建模示意图；

图4是本发明优选实施例中的螺纹孔沿轴线对半切分示意图；

图5是本发明优选实施例中的螺纹扫描截面切分示意图；其中L1、L2、L3、L4均为切分线；

图6是本发明优选实施例中的螺纹截面的面网格划分示意图；

图7是本发明优选实施例中选取1条螺纹线作为第1次网格扫略轨迹的示意图，其中S1、S2、S3、S4、S5均为螺纹线；

图8是本发明优选实施例中进行第1次网格扫略的示意图；

图9是本发明优选实施例中第1次网格扫略后螺纹末端截面面网格生成的示意图；

图10是本发明优选实施例中第2次网格扫略的示意图；

图11是本发明优选实施例中轨迹线轴向幅值移动的示意图；

图12是本发明优选实施例中合并网格节点的示意图；

图13是本发明优选实施例中建立的螺纹孔六面体网格模型示意图；

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1至图13所示，本发明公开了一种螺纹孔六面体网格建模方法，本实施例中螺纹孔的公称直径为M24，螺距为3mm，螺纹的小径为20.752mm，螺纹的大径为24mm，螺纹的牙数为11，使用三维建模软件Solidworks以及有限元软件Hypermesh对本发明进行说明，步骤如下：

图2是本发明的实施中的螺栓和螺纹孔结构示意图，本发明的实施例中对螺纹孔进行六面体网格简化建模，如图2所示，本实施例的内螺纹共有11牙螺纹。

步骤一，如图3所示，在三维建模软件Solidworks中，对实施例的螺纹孔进行几何简化建模。首先建立直径为20.752mm的圆柱孔，然后通过增加材料的方法，扫描出M24的螺纹孔特征，螺纹的螺距为3mm，牙数为11.

步骤二，如图4所示，将步骤一建立的螺纹孔几何特征导入到有限元软件Hypermesh中，过螺纹孔的轴线将螺纹孔对半切分成左、右2部分；

步骤三：如图5所示，选取步骤二对半切分形成的左半个截面，选择第一牙螺纹的切分截面进一步切分；建立L1、L2、L3、L4共计4条分割线，其中，L1平行于轴线，L1与轴线的距离为12mm；L2、L3、L4分别垂直于轴线；这4条分割线，将第一牙螺纹的切分截面进一步切分成1个梯形截面、1个较大的矩形截面和1个较小的矩形截面。

步骤四：如图6所示，使用四边形网格对步骤三得到的1个梯形截面和2个矩形截面分别进行面网格划分；所述梯形截面网格层数为3层；较大的矩形截面的网格层数为3层；较小的矩形截面的网格层数为1层。

步骤五：如图7和图8所示；步骤一将螺纹孔几何特征对半切分后，每一牙螺纹的螺旋线均被切分成左、右2个部分；每1部分的螺旋线均包含5条，分别是S1、S2、S3、S4、S5；本实施例中选择螺旋线S1作为扫略轨迹，将步骤四得到的面网格进行第1次网格扫略，网格的单元尺寸为1mm，生成第1牙螺纹的第1半六面体网格。

步骤六：如图9所示，在第1牙螺纹的第1半六面体网格末端表面，建立一层面网格，使得面网格的网格节点与六面体网格的节点相同；

步骤七：如图10所示，选择与步骤五轨迹线S1左右对应的另一半螺纹螺旋线作为扫略轨迹，将步骤六生成的面网格进行第2次网格扫略，网格的单元尺寸为1mm，完成第1牙螺纹的第2半六面体网格扫略；

步骤八：如图11所示，复制步骤五和步骤六网格扫略所用的轨迹线进行轴向移动，移动的距离为3mm，生成下一牙螺纹扫略需要的轨迹线；

步骤九：如图12所示，重复步骤五、步骤六、步骤七，形成下一牙螺纹的六面体网格；通过合并网格节点命令，将相邻层网格的节点进行合并，实现所有网格的共节点；

步骤十：如果扫略次数未达到22次，那么重复进行步骤五、步骤六、步骤七、步骤八、步骤九；如果扫略次数达到22次，那么进行步骤十一；

步骤十一：删除面网格：删除所有的面网格，保留所有的六面体网格，完成螺纹孔的六面体网格简化建模。图13为本发明的实施例中建立的螺纹孔六面体网格模型示意图。

一种螺纹孔六面体网格建模系统，包括：

模块A，几何简化建模：在三维建模软件或有限元分析软件中，利用螺旋扫描的命令建立螺纹孔的三维简化几何特征；进行内螺纹孔的螺旋扫描时，以螺纹小径为基本圆柱，通过增加材料的方法，扫描出螺纹特征；

模块B，沿轴线对半切分螺纹孔：将所述三维简化几何特征导入到有限元软件中，过轴线将螺纹孔对半切分成左、右两部分；

模块C：螺纹扫描截面的切分：在模块B对半切分形成的截面内，选择第一牙螺纹的切分截面进一步切分；建立L1、L2、L3、L4共计四条分割线，其中，L1平行于轴线，L1与轴线的距离等于螺纹大径的二分之一；L2、L3、L4分别垂直于轴线；上述四条分割线，将第一牙螺纹的切分截面进一步切分成一个梯形截面和两个矩形截面，所述的一个梯形截面和两个矩形截面共同组成网格的扫略截面；

模块D：螺纹截面的面网格划分：使用四边形网格对模块C得到的一个梯形截面和两个矩形截面分别进行面网格划分；所述梯形截面网格层数不少于三层；与梯形截面相邻的矩形截面网格层数等同于梯形截面的网格层数；

模块E：螺纹第i次扫略，其中：i＝1、3、5、……、2n-1，n为螺纹牙数：模块B将螺纹孔几何特征对半切分后，每一牙螺纹的螺旋线均被切分成左、右两个部分；每个部分的螺旋线均包含五条，分别是S1、S2、S3、S4、S5；选择任意一条螺旋线作为扫略轨迹，将模块D得到的面网格进行第i次网格扫略；

模块F：螺纹末端截面的面网格生成：在模块E扫略得到的六面体网格末端，建立一层面网格，使得面网格的网格节点与六面体网格表面的节点相同；

模块G：螺纹第j次扫略，其中：j＝i+1：选择与模块E扫略轨迹线左右对应的另一半螺纹螺旋线作为扫略轨迹，将模块F生成的面网格进行第j次网格扫略，模块G的网格单元长度与模块E相同；

模块H：轨迹线的轴向复制移动：复制模块E和模块F网格扫略所用的轨迹线进行轴向移动，移动的距离等于螺距，生成下一牙螺纹扫略需要的轨迹线；

模块I：合并网格节点：重复模块E、模块F、模块G，形成下一牙螺纹的六面体网格；通过合并网格节点命令，将相邻层网格的节点进行合并，实现所有网格的共节点；

模块J：判断扫略次数是否达到螺纹牙数的两倍：如果扫略次数未达到螺纹牙数的两倍，则重复进行模块E、模块F、模块G、模块H、模块I；如果扫略次数达到螺纹牙数的两倍，则进行模块K；

模块K：删除面网格：删除所有的面网格，保留所有的六面体网格，完成螺纹孔的六面体网格简化建模。

一种螺纹孔六面体网格建模方法的计算机程序，上述螺纹孔六面体网格建模方法包括：

步骤一，如图3所示，在三维建模软件Solidworks中，对实施例的螺纹孔进行几何简化建模。首先建立直径为20.752mm的圆柱孔，然后通过增加材料的方法，扫描出M24的螺纹孔特征，螺纹的螺距为3mm，牙数为11.

步骤二，如图4所示，将步骤一建立的螺纹孔几何特征导入到有限元软件Hypermesh中，过螺纹孔的轴线将螺纹孔对半切分成左、右2部分；

步骤三：如图5所示，选取步骤二对半切分形成的左半个截面，选择第一牙螺纹的切分截面进一步切分；建立L1、L2、L3、L4共计4条分割线，其中，L1平行于轴线，L1与轴线的距离为12mm；L2、L3、L4分别垂直于轴线；这4条分割线，将第一牙螺纹的切分截面进一步切分成1个梯形截面、1个较大的矩形截面和1个较小的矩形截面。

步骤四：如图6所示，使用四边形网格对步骤三得到的1个梯形截面和2个矩形截面分别进行面网格划分；所述梯形截面网格层数为3层；较大的矩形截面的网格层数为3层；较小的矩形截面的网格层数为1层。

步骤五：如图7和图8所示；步骤一将螺纹孔几何特征对半切分后，每一牙螺纹的螺旋线均被切分成左、右2个部分；每1部分的螺旋线均包含5条，分别是S1、S2、S3、S4、S5；本实施例中选择螺旋线S1作为扫略轨迹，将步骤四得到的面网格进行第1次网格扫略，网格的单元尺寸为1mm，生成第1牙螺纹的第1半六面体网格。

步骤六：如图9所示，在第1牙螺纹的第1半六面体网格末端表面，建立一层面网格，使得面网格的网格节点与六面体网格的节点相同；

步骤七：如图10所示，选择与步骤五轨迹线S1左右对应的另一半螺纹螺旋线作为扫略轨迹，将步骤六生成的面网格进行第2次网格扫略，网格的单元尺寸为1mm，完成第1牙螺纹的第2半六面体网格扫略；

步骤八：如图11所示，复制步骤五和步骤六网格扫略所用的轨迹线进行轴向移动，移动的距离为3mm，生成下一牙螺纹扫略需要的轨迹线；

步骤九：如图12所示，重复步骤五、步骤六、步骤七，形成下一牙螺纹的六面体网格；通过合并网格节点命令，将相邻层网格的节点进行合并，实现所有网格的共节点；

步骤十：如果扫略次数未达到22次，那么重复进行步骤五、步骤六、步骤七、步骤八、步骤九；如果扫略次数达到22次，那么进行步骤十一；

步骤十一：删除面网格：删除所有的面网格，保留所有的六面体网格，完成螺纹孔的六面体网格简化建模。图13为本发明的实施例中建立的螺纹孔六面体网格模型示意图。

一种实现螺纹孔六面体网格建模方法的信息数据处理终端，上述螺纹孔六面体网格建模方法包括：

步骤一，如图3所示，在三维建模软件Solidworks中，对实施例的螺纹孔进行几何简化建模。首先建立直径为20.752mm的圆柱孔，然后通过增加材料的方法，扫描出M24的螺纹孔特征，螺纹的螺距为3mm，牙数为11.

步骤二，如图4所示，将步骤一建立的螺纹孔几何特征导入到有限元软件Hypermesh中，过螺纹孔的轴线将螺纹孔对半切分成左、右2部分；

步骤三：如图5所示，选取步骤二对半切分形成的左半个截面，选择第一牙螺纹的切分截面进一步切分；建立L1、L2、L3、L4共计4条分割线，其中，L1平行于轴线，L1与轴线的距离为12mm；L2、L3、L4分别垂直于轴线；这4条分割线，将第一牙螺纹的切分截面进一步切分成1个梯形截面、1个较大的矩形截面和1个较小的矩形截面。

步骤四：如图6所示，使用四边形网格对步骤三得到的1个梯形截面和2个矩形截面分别进行面网格划分；所述梯形截面网格层数为3层；较大的矩形截面的网格层数为3层；较小的矩形截面的网格层数为1层。

步骤五：如图7和图8所示；步骤一将螺纹孔几何特征对半切分后，每一牙螺纹的螺旋线均被切分成左、右2个部分；每1部分的螺旋线均包含5条，分别是S1、S2、S3、S4、S5；本实施例中选择螺旋线S1作为扫略轨迹，将步骤四得到的面网格进行第1次网格扫略，网格的单元尺寸为1mm，生成第1牙螺纹的第1半六面体网格。

步骤六：如图9所示，在第1牙螺纹的第1半六面体网格末端表面，建立一层面网格，使得面网格的网格节点与六面体网格的节点相同；

步骤七：如图10所示，选择与步骤五轨迹线S1左右对应的另一半螺纹螺旋线作为扫略轨迹，将步骤六生成的面网格进行第2次网格扫略，网格的单元尺寸为1mm，完成第1牙螺纹的第2半六面体网格扫略；

步骤八：如图11所示，复制步骤五和步骤六网格扫略所用的轨迹线进行轴向移动，移动的距离为3mm，生成下一牙螺纹扫略需要的轨迹线；

步骤九：如图12所示，重复步骤五、步骤六、步骤七，形成下一牙螺纹的六面体网格；通过合并网格节点命令，将相邻层网格的节点进行合并，实现所有网格的共节点；

步骤十：如果扫略次数未达到22次，那么重复进行步骤五、步骤六、步骤七、步骤八、步骤九；如果扫略次数达到22次，那么进行步骤十一；

步骤十一：删除面网格：删除所有的面网格，保留所有的六面体网格，完成螺纹孔的六面体网格简化建模。图13为本发明的实施例中建立的螺纹孔六面体网格模型示意图。

一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行螺纹孔六面体网格建模方法，上述螺纹孔六面体网格建模方法包括：

步骤一，如图3所示，在三维建模软件Solidworks中，对实施例的螺纹孔进行几何简化建模。首先建立直径为20.752mm的圆柱孔，然后通过增加材料的方法，扫描出M24的螺纹孔特征，螺纹的螺距为3mm，牙数为11.

步骤二，如图4所示，将步骤一建立的螺纹孔几何特征导入到有限元软件Hypermesh中，过螺纹孔的轴线将螺纹孔对半切分成左、右2部分；

步骤三：如图5所示，选取步骤二对半切分形成的左半个截面，选择第一牙螺纹的切分截面进一步切分；建立L1、L2、L3、L4共计4条分割线，其中，L1平行于轴线，L1与轴线的距离为12mm；L2、L3、L4分别垂直于轴线；这4条分割线，将第一牙螺纹的切分截面进一步切分成1个梯形截面、1个较大的矩形截面和1个较小的矩形截面。

步骤四：如图6所示，使用四边形网格对步骤三得到的1个梯形截面和2个矩形截面分别进行面网格划分；所述梯形截面网格层数为3层；较大的矩形截面的网格层数为3层；较小的矩形截面的网格层数为1层。

步骤五：如图7和图8所示；步骤一将螺纹孔几何特征对半切分后，每一牙螺纹的螺旋线均被切分成左、右2个部分；每1部分的螺旋线均包含5条，分别是S1、S2、S3、S4、S5；本实施例中选择螺旋线S1作为扫略轨迹，将步骤四得到的面网格进行第1次网格扫略，网格的单元尺寸为1mm，生成第1牙螺纹的第1半六面体网格。

步骤六：如图9所示，在第1牙螺纹的第1半六面体网格末端表面，建立一层面网格，使得面网格的网格节点与六面体网格的节点相同；

步骤七：如图10所示，选择与步骤五轨迹线S1左右对应的另一半螺纹螺旋线作为扫略轨迹，将步骤六生成的面网格进行第2次网格扫略，网格的单元尺寸为1mm，完成第1牙螺纹的第2半六面体网格扫略；

步骤八：如图11所示，复制步骤五和步骤六网格扫略所用的轨迹线进行轴向移动，移动的距离为3mm，生成下一牙螺纹扫略需要的轨迹线；

步骤九：如图12所示，重复步骤五、步骤六、步骤七，形成下一牙螺纹的六面体网格；通过合并网格节点命令，将相邻层网格的节点进行合并，实现所有网格的共节点；

步骤十：如果扫略次数未达到22次，那么重复进行步骤五、步骤六、步骤七、步骤八、步骤九；如果扫略次数达到22次，那么进行步骤十一；

步骤十一：删除面网格：删除所有的面网格，保留所有的六面体网格，完成螺纹孔的六面体网格简化建模。图13为本发明的实施例中建立的螺纹孔六面体网格模型示意图。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种螺纹孔六面体网格建模方法，其特征在于：至少包括：

步骤一，几何简化建模：在三维建模软件或有限元分析软件中，利用螺旋扫描的命令建立螺纹孔的三维简化几何特征；进行内螺纹孔的螺旋扫描时，以螺纹小径为基本圆柱，通过增加材料的方法，扫描出螺纹特征；

步骤二，沿轴线对半切分螺纹孔：将所述三维简化几何特征导入到有限元软件中，过轴线将螺纹孔对半切分成左、右两部分；

步骤三：螺纹扫描截面的切分：在步骤二对半切分形成的截面内，选择第一牙螺纹的切分截面进一步切分；建立L1、L2、L3、L4共计四条分割线，其中，L1平行于轴线，L1与轴线的距离等于螺纹大径的二分之一；L2、L3、L4分别垂直于轴线；上述四条分割线，将第一牙螺纹的切分截面进一步切分成一个梯形截面和两个矩形截面，所述的一个梯形截面和两个矩形截面共同组成网格的扫略截面；

步骤四：螺纹截面的面网格划分：使用四边形网格对步骤三得到的一个梯形截面和两个矩形截面分别进行面网格划分；所述梯形截面网格层数不少于三层；与梯形截面相邻的矩形截面网格层数等同于梯形截面的网格层数；

步骤五：螺纹第i次扫略，其中：i＝1、3、5、……、2n-1，n为螺纹牙数：步骤二将螺纹孔几何特征对半切分后，每一牙螺纹的螺旋线均被切分成左、右两个部分；每个部分的螺旋线均包含五条，分别是S1、S2、S3、S4、S5；选择任意一条螺旋线作为扫略轨迹，将步骤四得到的面网格进行第i次网格扫略；

步骤六：螺纹末端截面的面网格生成：在步骤五扫略得到的六面体网格末端，建立一层面网格，使得面网格的网格节点与六面体网格表面的节点相同；

步骤七：螺纹第j次扫略，其中：j＝i+1：选择与步骤五扫略轨迹线左右对应的另一半螺纹螺旋线作为扫略轨迹，将步骤六生成的面网格进行第j次网格扫略，步骤七的网格单元长度与步骤五相同；

步骤八：轨迹线的轴向复制移动：复制步骤五和步骤六网格扫略所用的轨迹线进行轴向移动，移动的距离等于螺距，生成下一牙螺纹扫略需要的轨迹线；

步骤九：合并网格节点：重复步骤五至步骤七，形成下一牙螺纹的六面体网格；通过合并网格节点命令，将相邻层网格的节点进行合并，实现所有网格的共节点；

步骤十：判断扫略次数是否达到螺纹牙数的两倍：如果扫略次数未达到螺纹牙数的两倍，则重复进行步骤五至步骤九；如果扫略次数达到螺纹牙数的两倍，则进行步骤十一；

步骤十一：删除面网格：删除所有的面网格，保留所有的六面体网格，完成螺纹孔的六面体网格简化建模。

2.一种螺纹孔六面体网格建模系统，其特征在于：至少包括：

模块A，几何简化建模：在三维建模软件或有限元分析软件中，利用螺旋扫描的命令建立螺纹孔的三维简化几何特征；进行内螺纹孔的螺旋扫描时，以螺纹小径为基本圆柱，通过增加材料的方法，扫描出螺纹特征；

模块B，沿轴线对半切分螺纹孔：将所述三维简化几何特征导入到有限元软件中，过轴线将螺纹孔对半切分成左、右两部分；

模块C：螺纹扫描截面的切分：在模块B对半切分形成的截面内，选择第一牙螺纹的切分截面进一步切分；建立L1、L2、L3、L4共计四条分割线，其中，L1平行于轴线，L1与轴线的距离等于螺纹大径的二分之一；L2、L3、L4分别垂直于轴线；上述四条分割线，将第一牙螺纹的切分截面进一步切分成一个梯形截面和两个矩形截面，所述的一个梯形截面和两个矩形截面共同组成网格的扫略截面；

模块D：螺纹截面的面网格划分：使用四边形网格对模块C得到的一个梯形截面和两个矩形截面分别进行面网格划分；所述梯形截面网格层数不少于三层；与梯形截面相邻的矩形截面网格层数等同于梯形截面的网格层数；

模块E：螺纹第i次扫略，其中：i＝1、3、5、……、2n-1，n为螺纹牙数：模块B将螺纹孔几何特征对半切分后，每一牙螺纹的螺旋线均被切分成左、右两个部分；每个部分的螺旋线均包含五条，分别是S1、S2、S3、S4、S5；选择任意一条螺旋线作为扫略轨迹，将模块D得到的面网格进行第i次网格扫略；

模块F：螺纹末端截面的面网格生成：在模块E扫略得到的六面体网格末端，建立一层面网格，使得面网格的网格节点与六面体网格表面的节点相同；

模块G：螺纹第j次扫略，其中：j＝i+1：选择与模块E扫略轨迹线左右对应的另一半螺纹螺旋线作为扫略轨迹，将模块F生成的面网格进行第j次网格扫略，模块G的网格单元长度与模块E相同；

模块H：轨迹线的轴向复制移动：复制模块E和模块F网格扫略所用的轨迹线进行轴向移动，移动的距离等于螺距，生成下一牙螺纹扫略需要的轨迹线；

模块I：合并网格节点：重复模块E、模块F、模块G，形成下一牙螺纹的六面体网格；通过合并网格节点命令，将相邻层网格的节点进行合并，实现所有网格的共节点；

模块J：判断扫略次数是否达到螺纹牙数的两倍：如果扫略次数未达到螺纹牙数的两倍，则重复进行模块E、模块F、模块G、模块H、模块I；如果扫略次数达到螺纹牙数的两倍，则进行模块K；

模块K：删除面网格：删除所有的面网格，保留所有的六面体网格，完成螺纹孔的六面体网格简化建模。

3.一种实现权利要求1所述螺纹孔六面体网格建模方法的计算机程序。

4.一种实现权利要求1所述螺纹孔六面体网格建模方法的信息数据处理终端。

5.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1所述的螺纹孔六面体网格建模方法。

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