CN110555245B - 一种三维尺度精准关注部位提取应力梯度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种三维尺度精准关注部位提取应力梯度的方法，包括以下步骤：步骤一，计算找到关注部位的应力最大点；步骤二，以该应力最大点为球心做球并找到球面上应力最小点，再以该点为球心做球并找到球面上应力最小点并重复；步骤三，输出所有球心坐标及其对应应力值；本发明采用子模型方法，可以划分精细化网格，网格尺寸能够满足精准应力梯度寻找需求，采用循环命令方法在三维尺度搜索应力下降最快路径，能够精确寻求到应力梯度路径，并避免人为选取随机性影响。
Description
技术领域
本发明属于结构强度有限元仿真计算技术领域，涉及一种应力提出的提取方法，特别涉及一种三维尺度精准关注部位提取应力梯度的方法。
背景技术
结构强度有限元计算过程中提取关注部位，尤其是应力集中部位应力梯度对于结构强度评估具有重要意义，是目前结构应力集中部位的静强度评估、寿命计算、模拟件设计等十分必要且重要的一环。在利用有限元方法计算结构强度的过程中，针对应力集中部位，精准获取其应力梯度对于后续评定工作十分必要，为此提出一种能够在三维尺度精准提取主应力梯度的方法具有重大意义。在结构强度的有限元计算过程中应力梯度与网格划分精度、路径选取十分相关，而结构仿真计算的愈加精细化，精准的应力梯度需求愈加迫切。
目前针对应力集中部位，提取其应力梯度一般采用垂直于结构表面建立直线，读取直线上应力梯度，或在某一方向垂直于表面建一平面，在平面内寻找应力梯度等。这些方法往往是在一维或二维尺度提取应力梯度，且有一定人为操作随意性。而在复杂结构中应力下降最快路线，即应力梯度路线往往是三维尺度的，并且应力梯度对于路线选取十分敏感，因此无法满足实际需求。
发明内容
发明目的：为解决上述问题，本发明提出了一种三维尺度精准关注部位提取应力梯度的方法，能够提取三维尺度的应力梯度。
技术方案：本发明的一种三维尺度精准关注部位提取应力梯度的方法，包括以下步骤：
步骤一，计算找到关注部位的应力最大点；
步骤二，以该应力最大点为球心做球并找到球面上应力最小点，再以该点为球心做球并找到球面上应力最小点并重复；
步骤三，输出所有球心坐标及其对应应力值。
进一步的，步骤一：a、计算结构强度，找到关注部位；b、在关注部位切取子模型，划分精细化网格，计算子模型应力分布，找到应力最大点；更具体为：a、采用适当网格尺寸计算结构强度，给出应力分布；b、根据强度计算结果选取关注部位，在总体几何模型下选取适当几何形状将关注部位切分出来作为精细化强度计算子模型，对子模型划分更加密集的网格，计算子模型应力分布；c、根据子模型计算结果，选取出应力最大点，并记录该点坐标和相应应力。
步骤二：a、设置应力梯度单次搜索距离d，d大于子模型网格尺寸，以应力最大点坐标为球心、以d为半径作一球面，采用循环比较法计算和提取球面应力绝对值最小且不为零处的应力值及坐标，记录该点坐标和相应应力；b、以上一步提取的坐标为球心，以d为半径作一球面，采用循环比较法计算和提取球面应力绝对值最小且不为零处的应力值及坐标，记录该点坐标和相应应力；c、重复上一步，直至所有坐标连线的总路径尺寸满足应力梯度尺寸需求。
步骤三：将步骤二所得的所有坐标及其对应应力工作表输出得到所求应力梯度，对应坐标值连线作为应力梯度路径。上述所设置搜索路径d即为对应应力下降距离。
本发明一种三维尺度精准关注部位提取应力梯度的方法还有另一种实现方式，具体包括以下步骤：
步骤一，计算找到关注部位的应力最小点；
步骤二，以该应力最小点为球心做球并找到球面上应力最大点，再以该点为球心做球并找到球面上应力最大点并重复；
步骤三，输出所有球心坐标及其对应应力值。
进一步的，步骤一计算找到关注部位的应力最小点具体为以下方式：a、计算结构强度，找到关注部位；b、在关注部位切取子模型，划分精细化网格，计算子模型应力分布，找到应力最小点；更具体为：a、采用适当网格尺寸计算结构强度，给出应力分布；b、根据强度计算结果选取关注部位，在总体几何模型下选取适当几何形状将关注部位切分出来作为精细化强度计算子模型，对子模型划分更加密集的网格，计算子模型应力分布；c、根据子模型计算结果，选取出应力最小点，并记录该点坐标和相应应力。
步骤二：a、设置应力梯度单次搜索距离d，d大于子模型网格尺寸，以应力最小点坐标为球心、以d为半径作一球面，采用循环比较法计算和提取球面应力绝对值最大的应力值及坐标，记录该点坐标和相应应力；b、以上一步提取的坐标为球心，以d为半径作一球面，采用循环比较法计算和提取球面应力绝对值最大的应力值及坐标，记录该点坐标和相应应力；c、重复上一步，直至所有坐标连线的总路径尺寸满足应力梯度尺寸需求。
步骤三：将步骤二所得的所有坐标及其对应应力工作表输出得到所求应力梯度，对应坐标值连线作为应力梯度路径。上述所设置搜索路径d即为对应应力下降距离。
有益技术效果：本发明的一种三维尺度精准关注部位提取应力梯度的方法，采用子模型方法，可以划分精细化网格，网格尺寸能够满足精准应力梯度寻找需求，采用循环命令方法在三维尺度搜索应力下降最快路径，能够精确寻求到应力梯度路径，并避免人为选取随机性影响。
附图说明
图1是本发明实施例的机匣网格与主应力分布图；
图2是本发明实施例的机匣子模型网格与主应力分布图；
图3是本发明实施例的应力梯度图。
具体实施方式
本部分是本发明的一种实施方式，用于帮助理解本发明的目的和构思。
一种在三维尺度精准提取关注部位应力梯度的方法，具体提取应力梯度的步骤如下：
1、采用适当网格尺寸计算结构强度，给出应力分布；
2、根据强度计算结果选取关注部位，在总体几何模型下选取适当几何形状将关注部位切分出来作为精细化强度计算子模型，子模型划分精细化网格，计算子模型强度；
3、根据子模型计算结果，选取出应力最大节点，在有限元软件后处理中记录节点下节点编号及对应最大应力值，以此节点为球心作一球面，设置应力梯度单次搜索距离d，d应大于子模型网格尺寸，以d为半径作一球面，采用循环比较命令提取球面应力绝对值最小且不为零处应力值及坐标值，建立一工作表记录各坐标值及应力值；
4、以上步中提取坐标值为球面，继续以d为半径作球面，继续用循环比较命令提取球面应力绝对值最小且不为零处应力值及坐标值，将坐标值及应力值继续记录到工作表内；
5、采用循环命令重复第4部，直至总路径尺寸满足应力梯度尺寸需求；
6、将包含坐标值及应力值工作表输出，对应坐标值连线即为应力梯度路径，对应坐标应力值即为所求应力梯度，所设置搜索路径d即为对应应力下降距离；
本发明的工作原理是：提出一种在三维尺度精准提取关注部位应力梯度方法。实施时首先在有限元软件中初步计算结构应力分布；根据计算结果选取关注部位切取出子模型，并针对子模型划分精细化网格，计算子模型应力分布；提取子模型部位应力最大点节点编号与应力值，应力可取等效应力、最大主应力、最小主应力等；以此节点为球心，所关心梯度尺寸为半径作一球面，提取并记录此球面应力不为零(排除结构之外球面部分)且绝对值最小应力部位应力值、坐标值，以该部位为球心继续做相同尺寸球面；多次重复上述步骤，直至总尺寸之和满足关注部位所需应力梯度尺寸；输出上述记录坐标值及应力值，坐标连线即为应力下降最大路线，对应坐标值即为应力梯度。本发明能在结构应力集中部位精确寻求三维尺度应力梯度，且方便易操作，最大精度满足应力集中部位的模拟件设计、寿命计算等精准需求三维应力梯度领域需求。
本发明的另一个实施实例如下：
1、以某型机匣为例，采用ANSYS workbench软件计算机匣强度，采用适当网格尺寸(网格尺寸1mm)计算结构强度，给出最小应力分布，见图1。
2、根据强度计算结果选取关注部位(受压，取最小主应力)，在总体几何模型下选取适当几何形状将关注部位切分出来作为精细化强度计算子模型，子模型划分精细化网格(网格总体尺寸0.1，应力集中部位局部加密值0.01mm)，计算子模型强度(见图2)。
3、根据子模型计算结果，选取出应力最大节点，在有限元软件后处理中记录节点下节点编号及对应最大应力值，以此节点为球心作一球面，设置应力梯度单次搜索距离d，d应大于子模型网格尺寸，以d为半径作一球面，采用循环比较命令提取球面应力绝对值最小且不为零处应力值及坐标值，建立一工作表记录各坐标值及应力值。
4、以上步中提取坐标值为球面，继续以d为半径作球面，继续用循环比较命令提取球面应力绝对值最小且不为零处应力值及坐标值，将坐标值及应力值继续记录到工作表内。
5、采用循环命令重复第4部，直至总路径尺寸满足应力梯度尺寸需求。
6、将包含坐标值及应力值工作表输出，对应坐标值连线即为应力梯度路径，对应坐标应力值即为所求应力梯度，所设置搜索路径d即为对应应力下降距离，提取得到应力梯度分布见图3。
Claims (6)
1.一种三维尺度精准关注部位提取应力梯度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，计算机匣强度，找到关注部位的应力最大点；
a、采用适当网格尺寸计算机匣结构强度，给出机匣应力分布；
b、根据机匣强度计算结果选取关注部位，在总体几何模型下选取适当几何形状将关注部位切分出来作为精细化强度计算子模型，对子模型划分更加密集的网格，计算子模型应力分布；
c、根据子模型计算结果，选取出应力最大点，并记录该点坐标和相应应力；
步骤二，以该应力最大点为球心做球并找到球面上应力最小点，再以该点为球心做球并找到球面上应力最小点并重复；
a、设置应力梯度单次搜索距离d，d大于子模型网格尺寸，以应力最大点坐标为球心、以d为半径作一球面，采用循环比较法计算和提取球面应力绝对值最小且不为零处的应力值及坐标，记录该点坐标和相应应力；
b、以上一步提取的坐标为球心，以d为半径作一球面，采用循环比较法计算和提取球面应力绝对值最小且不为零处的应力值及坐标，记录该点坐标和相应应力；
c、重复上一步，直至所有坐标连线的总路径尺寸满足机匣应力梯度尺寸需求；
步骤三，输出所有球心坐标及其对应应力值。
2.根据权利要求1所述的一种三维尺度精准关注部位提取应力梯度的方法，其特征在于，步骤一计算找到关注部位的应力最大点具体为以下方式：
a、计算机匣结构强度，找到关注部位；
b、在关注部位切取子模型，划分精细化网格，计算子模型应力分布，找到应力最大点。
3.根据权利要求1所述的一种三维尺度精准关注部位提取应力梯度的方法，其特征在于，所述的步骤三输出所有球心坐标及其对应应力值的具体方式为：将步骤二所得的所有坐标及其对应应力工作表输出得到所求应力梯度，对应坐标值连线作为机匣应力梯度路径。
4.一种三维尺度精准关注部位提取应力梯度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，计算机匣强度，找到关注部位的应力最小点；
a、采用适当网格尺寸计算机匣结构强度，给出应力分布；
b、根据机匣强度计算结果选取关注部位，在总体几何模型下选取适当几何形状将关注部位切分出来作为精细化强度计算子模型，对子模型划分更加密集的网格，计算子模型应力分布；
c、根据子模型计算结果，选取出应力最小点，并记录该点坐标和相应应力；
步骤二，以该应力最小点为球心做球并找到球面上应力最大点，再以该点为球心做球并找到球面上应力最大点并重复；
a、设置应力梯度单次搜索距离d，d大于子模型网格尺寸，以应力最小点坐标为球心、以d为半径作一球面，采用循环比较法计算和提取球面应力绝对值最大的应力值及坐标，记录该点坐标和相应应力；
b、以上一步提取的坐标为球心，以d为半径作一球面，采用循环比较法计算和提取球面应力绝对值最大的应力值及坐标，记录该点坐标和相应应力；
c、重复上一步，直至所有坐标连线的总路径尺寸满足机匣应力梯度尺寸需求；
步骤三，输出所有球心坐标及其对应应力值。
5.根据权利要求4所述的一种三维尺度精准关注部位提取应力梯度的方法，其特征在于，步骤一计算找到关注部位的应力最大点具体为以下方式：
a、计算机匣结构强度，找到关注部位；
b、在关注部位切取子模型，划分精细化网格，计算子模型应力分布，找到应力最小点。
6.根据权利要求4所述的一种三维尺度精准关注部位提取应力梯度的方法，其特征在于，步骤三输出所有球心坐标及其对应应力值的具体方式为：将步骤二所得的所有坐标及其对应应力工作表输出得到所求应力梯度，对应坐标值连线作为机匣应力梯度路径。
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