CN112149319A - 一种基于小尺寸单元以模拟实体破碎的有限元建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及模拟实体破碎的建模技术领域，特别涉及一种基于小尺寸单元以模拟实体破碎的有限元建模方法，其主要通过在大尺寸实体单元之间插入小尺寸实体单元，并分别为所述大尺寸实体单元与小尺寸实体单元赋予材料保留属性和材料失效属性，在实体受到超负荷时，所述小尺寸单元因失效属性被删除，而保留了所述大尺寸单元。本发明的提出解决了现有的有限元计算过程中，由于材料的某一单元应力或应变设定有失效值，因此在显示系统的表面玻璃承受过大载荷时，玻璃会发生破碎，玻璃中的失效单元会被迅速删除，导致该区域的结构刚度迅速下降，球头加速度计算不准确的问题。
Description
技术领域
本发明涉及模拟实体破碎的建模技术领域，特别涉及一种基于小尺寸单元以模拟实体破碎的有限元建模方法。
背景技术
在数学中，有限元法是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的部分，该简单部分就称作有限元。它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。类比于连接多段微小直线逼近圆的思想，有限元法是一种以有限逼近无限的方法，这些方法将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来，并用其去估计更大区域上的复杂方程。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的近似解，然后推导求解总域的平衡方程，从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
在现有的有限元计算过程中，若材料的某一单元应力或应变达到设定的失效值时，该单元会被删除，以防止该单元畸变而造成计算出错。但是在对车载显示系统进行头碰有限元分析的过程中，若考虑失效问题，则当显示系统的表面玻璃承受过大载荷时，玻璃会发生破碎，玻璃中的失效单元会被迅速删除，因此造成该区域的结构刚度迅速下降，导致球头加速度不准确的问题。
因此一种基于小尺寸单元以模拟实体破碎的有限元建模方法应运而生。
发明内容
本发明的发明内容在于提供一种基于小尺寸单元以模拟实体破碎的有限元建模方法，主要解决了现有的有限元计算过程中，由于材料的某一单元应力或应变设定有失效值，因此在显示系统的表面玻璃承受过大载荷时，玻璃会发生破碎，玻璃中的失效单元会被迅速删除，导致该区域的结构刚度迅速下降，球头加速度计算不准确的问题。
本发明提出了一种基于小尺寸单元以模拟实体破碎的有限元建模方法，其特征在于：
在大尺寸实体单元之间插入小尺寸实体单元，并分别为所述大尺寸实体单元与小尺寸实体单元赋予材料保留属性与材料失效属性，在实体受到超负荷时，所述小尺寸单元因失效属性被删除，而保留了所述大尺寸单元。
优选地，包括以下步骤：
S1，分离所述大尺寸实体单元之间的节点，并在所述大尺寸实体单元表面生成二维单元；
S2，采用节点偏置算法对所述大尺寸实体单元、二维单元进行偏置，并采用二维偏置算法对所述大尺寸实体单元进行偏置，分别形成两层小尺寸实体单元；
S3，将所述两层小尺寸实体单元中的重合节点进行合并，并删除所有所述二维单元；
S4，分别为所述小尺寸实体单元与大尺寸实体单元赋予失效与保留的材料属性，并生成实体有限元模型。
优选地，在所述步骤S4之后，设置有步骤S5，对所述实体有限元模型添加初始应力分布。
优选地，所述步骤S2具体包括：
S21，采用所述节点偏置算法对所述大尺寸实体单元与二维单元进行偏置，且偏置量为第一预设值；
S22，采用所述二维偏置算法对所述大尺寸实体单元进行偏置，且所述偏置量为所述第一预设值；
S23，形成所述两层小尺寸实体单元，且所述小尺寸实体单元的厚度为所述第一预设值。
优选地，所述步骤S3具体包括：
S31，将所述两层小尺寸实体单元中的重合节点进行合并，且容差值小于所述第一预设值；
S32，删除所述二维单元。
优选地，所述步骤S4具体包括：
S41，为所述小尺寸实体单元赋予材料失效属性；
S42，为所述大尺寸实体单元赋予材料保留属性；
S43，生成所述实体有限元模型。
优选地，在所述步骤S1之前，设置有步骤S0，采用前处理软件生成所述大尺寸实体单元。
优选地，所述步骤S5中，对所述实体有限元模型添加初始应力分布，具体为，通过施加温度场的方法为所述实体有限元模型添加初始应力分布。
优选地，所述大尺寸实体单元为玻璃实体单元。
由上可知，应用本发明提供的技术方案可以得到以下有益效果：
本发明提出的有限元建模方法，通过在大尺寸单元中增加了小尺寸单元，并分别为大尺寸单元与小尺寸单元赋予材料保留与材料失效属性，因此建模完成时，可保留大尺寸单元，进而保证模拟结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中有限元建模方法的方法流程图；
图2为本发明实施例中有限元建模方法中小尺寸单元与大尺寸单元的建模效果图；
图3为本发明实施例中实体有限元模型效果图；
图4为应用本发明实施例在落球仿真中玻璃的破碎效果；
图5为现有建模方法在落球仿真中玻璃的破碎效果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动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。
现有的有限元计算过程中，由于材料的某一单元应力或应变设定有失效值，因此在显示系统的表面玻璃承受过大载荷时，玻璃会发生破碎，玻璃中的失效单元会被迅速删除，导致该区域的结构刚度迅速下降，球头加速度计算不准确的问题。
如图1至图4所示，为了解决上述问题，本实施了提出了一种基于小尺寸单元以模拟实体破碎的有限元建模方法，其主要通过在大尺寸实体单元之间插入小尺寸实体单元，并分别为大尺寸实体单元与小尺寸实体单元赋予材料保留属性与材料失效属性，当实体受到超负荷时，小尺寸单元因自身的失效属性被删除，而保留了大尺寸单元。
更具体地，包括以下步骤：
S1，分离大尺寸实体单元之间的节点，并在大尺寸实体单元表面生成二维单元；
S2，采用节点偏置算法对大尺寸实体单元、二维单元进行偏置，并采用二维偏置算法对大尺寸实体单元进行偏置，分别形成两层小尺寸实体单元；
S3，将两层小尺寸实体单元中的重合节点进行合并，并删除所有二维单元；
S4，分别为小尺寸实体单元与大尺寸实体单元赋予失效与保留的材料属性，并生成实体有限元模型。
优选地，步骤S1中分离大尺寸实体单元的节点具体为，分离实体单元之间的节点，也即两个大尺寸实体单元的一个公共节点分成两个节点，但位置重合。
更具体地，在步骤S4之后，设置有步骤S5，对实体有限元模型添加初始应力分布。优选但不限定的是，通过施加温度场的方式添加初始应力分布。
更具体地，步骤S2具体包括：
S21，采用节点偏置算法对大尺寸实体单元与二维单元进行偏置，且偏置量为第一预设值；
S22，采用二维偏置算法对大尺寸实体单元进行偏置，且偏置量为第一预设值；
S23，形成两层小尺寸实体单元，且小尺寸实体单元的厚度为第一预设值。
更具体地，步骤S3具体包括：
S31，将两层小尺寸实体单元中的重合节点进行合并，且容差值小于第一预设值；
S32，删除二维单元。
更具体地，步骤S4具体包括：
S41，为小尺寸实体单元赋予材料失效属性；
S42，为大尺寸实体单元赋予材料保留属性；
S43，生成实体有限元模型。
更具体地，在步骤S1之前，设置有步骤S0，采用前处理软件生成大尺寸实体单元。
优选但不限定的是，本实施例中的大尺寸实体单元为玻璃实体单元。
综上所述，本实施例中通过在大尺寸实体单元中插入小尺寸实体单元，并将材料失效属性赋予小尺寸实体单元，将材料保留属性赋予大尺寸实体单元，以令大尺寸实体单元在遭受到应变力达到负荷值时，保留大尺寸实体单元，进而令模拟效果更为准确。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于小尺寸单元以模拟实体破碎的有限元建模方法，其特征在于：
在大尺寸实体单元之间插入小尺寸实体单元，并分别为所述大尺寸实体单元与小尺寸实体单元赋予材料失效属性与材料保留属性，在实体受到超负荷时，所述小尺寸单元因失效属性被删除，而保留了所述大尺寸单元。
2.根据权利要求1所述的一种基于小尺寸单元以模拟实体破碎的有限元建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，分离所述大尺寸实体单元之间的节点，并在所述大尺寸实体单元表面生成二维单元；
S2，采用节点偏置算法对所述大尺寸实体单元、二维单元进行偏置，并采用二维偏置算法对所述大尺寸实体单元进行偏置，分别形成两层小尺寸实体单元；
S3，将所述两层小尺寸实体单元中的重合节点进行合并，并删除所有所述二维单元；
S4，分别为所述小尺寸实体单元与大尺寸实体单元赋予失效与保留的材料属性，并生成实体有限元模型。
3.根据权利要求2所述的一种基于小尺寸单元以模拟实体破碎的有限元建模方法，其特征在于：
在所述步骤S4之后，设置有步骤S5，对所述实体有限元模型添加初始应力分布。
4.根据权利要求3所述的一种基于小尺寸单元以模拟实体破碎的有限元建模方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
S21，采用所述节点偏置算法对所述大尺寸实体单元与二维单元进行偏置，且偏置量为第一预设值；
S22，采用所述二维偏置算法对所述大尺寸实体单元进行偏置，且所述偏置量为所述第一预设值；
S23，形成所述两层小尺寸实体单元，且所述小尺寸实体单元的厚度为所述第一预设值。
5.根据权利要求4所述的一种基于小尺寸单元以模拟实体破碎的有限元建模方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
S31，将所述两层小尺寸实体单元中的重合节点进行合并，且容差值小于所述第一预设值；
S32，删除所述二维单元。
6.根据权利要求5所述的一种基于小尺寸单元以模拟实体破碎的有限元建模方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
S41，为所述小尺寸实体单元赋予材料失效属性；
S42，为所述大尺寸实体单元赋予材料保留属性；
S43，生成所述实体有限元模型。
7.根据权利要求6所述的一种基于小尺寸单元以模拟实体破碎的有限元建模方法，其特征在于：
在所述步骤S1之前，设置有步骤S0，采用前处理软件生成所述大尺寸实体单元。
8.根据权利要求3所述的一种基于小尺寸单元以模拟实体破碎的有限元建模方法，其特征在于：
所述步骤S5中，对所述实体有限元模型添加初始应力分布，具体为，通过施加温度场的方法为所述实体有限元模型添加初始应力分布。
9.根据权利要求1～8任一项所述的一种基于小尺寸单元以模拟实体破碎的有限元建模方法，其特征在于：所述大尺寸实体单元为玻璃实体单元。
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