CN112687011B - 一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法 - Google Patents

一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112687011B
CN112687011B CN202110079165.2A CN202110079165A CN112687011B CN 112687011 B CN112687011 B CN 112687011B CN 202110079165 A CN202110079165 A CN 202110079165A CN 112687011 B CN112687011 B CN 112687011B
Authority
CN
China
Prior art keywords
circular surface
data
finite element
nodes
model
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110079165.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112687011A (zh
Inventor
蒋国庆
麻越垠
马斌
陈万华
聂徐庆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Facility Design And Instrumentation Institute Cardc
Original Assignee
Facility Design And Instrumentation Institute Cardc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Facility Design And Instrumentation Institute Cardc filed Critical Facility Design And Instrumentation Institute Cardc
Priority to CN202110079165.2A priority Critical patent/CN112687011B/zh
Publication of CN112687011A publication Critical patent/CN112687011A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112687011B publication Critical patent/CN112687011B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法，步骤包括：生成样本数据文件；构建理想圆形表面的几何模型和网格模型；创建理想圆形表面有限元网格生成脚本文件；创建样本数据数组；获取理想圆形表面网格模型中的所有节点；依次逐个更新所有节点的z向坐标；获得圆形表面的微观有限元网格模型。本发明在对轮廓仪实测数据进行合理抽样，设置合适的参数后，即可自动构建圆形表面的微观有限元网格模型，能有效提高建模效率、分析不同参数对微观有限元网格模型的影响。

Description

一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法
技术领域
本发明涉及接触界面传热数值仿真分析领域，具体来说，涉及一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法。
背景技术
低温风洞内，结构零部件之间存在着多种几何外形、多种尺寸大小的接触界面。接触界面极大提高了该处的接触热阻，严重影响着结构的传热性能。因此，低温结构的热力学分析势必要考虑零部件之间的接触界面传热。接触界面的传热模拟一直是国内外学者的研究热点之一，主要难点在于高精度接触热阻的获取。为获取接触界面的接触热阻，以往一般通过试验进行测量，或直接选用经验值。试验测量不仅需要花费大量的时间，而且成本高昂；直接选用经验值则无法保证热力学分析结果的可靠性和准确性。因此，开展数值仿真方法研究成为获取高精度接触热阻的热门途径。研究表明接触界面存在大量的微细凸起，使得接触界面传热过程中实际接触面积远小于名义接触面积，因此接触界面的精细模拟成为接触传热数值仿真分析的关键和难点之一。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法，包括以下步骤：
S1、生成样本数据文件：利用加工表面的对称性，从轮廓仪实测数据中提取一半数据并进行倒序处理，分析数据的周期性并获得一个周期内的平均数据量n0；对所提取的一半数据进行抽样并形成样本数据文件；
S2、构建理想圆形表面的几何模型和网格模型：在通用有限元软件UI界面依次输入关键参数，构建理想圆形表面的几何模型和网格模型，关键参数包括：圆形表面的圆心(x0，y0)和半径r，网格模型的单元边长l，其中网格模型的单元边长l为可变关键参数；
S3、创建理想圆形表面有限元网格生成脚本文件：提取圆形表面几何模型和网格模型构建过程中产生的命令流，把可变关键参数l设置为变量，并用变量替换命令流中关键参数对应的常值，获得参数驱动的理想圆形表面有限元网格生成脚本文件；
S4、创建样本数据数组:在步骤S3创建的脚本文件中，编程实现步骤S1中样本数据文件的读取，并创建样本数据数组；
S5、获取理想圆形表面网格模型中的所有节点:在步骤S4更新后的脚本文件中，编程构建虚拟长方体，使得理想圆形表面网格模型的所有节点均被包含在内，并实现所有节点的获取；
S6、依次逐个更新所有节点的z向坐标:在步骤S5更新后的脚本文件中，编程实现逐个提取所有节点的坐标(xi,yi)，计算节点与圆心(x0，y0)的距离di，计算di/l并对其进行取整，把取整后所得的数值视为步骤S4所创建数组的序列号，提取该序列号所对应的数据zi并替换节点的初始z向坐标；
S7、获得圆形表面的微观有限元网格模型。
进一步地，在步骤S1中，轮廓仪实测数据为圆形表面各测点微观高度值zi。
进一步地，在步骤S1中，在从轮廓仪实测数据中提取一半数据时，根据采样定理，以一个周期内平均数据量n0的一半为抽样步长n进行提取。
进一步地，在步骤S3中，该变量为轮廓仪分辨率res与抽样步长n的乘积，其公式为l＝res×n。
进一步地，在步骤S6中，计算节点与圆心(x0，y0)的距离公式为
Figure GDA0003748554790000021
本发明的有益效果：
1、本发明提供的一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法，对轮廓仪实测数据进行合理抽样后，可自动构建圆形表面的微观有限元网格模型，能有效提高建模效率；
2、本发明提供的一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法，通过设置不同的参数，如单元边长等，可高效对比分析不同参数对微观有限元网格模型的影响。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的理想圆形表面；
图2是根据本发明实施例的实测数据曲线；
图3是根据本发明实施例的一半实测数据曲线；
图4是根据本发明实施例的抽样数据曲线；
图5是根据本发明实施例的理想圆形表面网格模型；
图6是根据本发明实施例的虚拟长方体；
图7是根据本发明实施例的圆形表面微观有限元网格模型。
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一部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
圆形表面一般采用旋转切削加工而成，其表面微型凸起一般具有轴对称特征，因此只需轮廓仪测针在圆形表面走一条经过圆心且足够长的直线，即可获得圆形表面微型凸起的主要信息。
鉴于上述圆形表面的实际特点，根据本发明的实施例，
一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法，包括以下步骤：
S1、生成样本数据文件：利用加工表面的对称性，从轮廓仪实测数据中提取一半数据并进行倒序处理，分析数据的周期性并获得一个周期内的平均数据量n0；对所提取的一半数据进行抽样并形成样本数据文件；
S2、构建理想圆形表面的几何模型和网格模型：在通用有限元软件UI界面依次输入关键参数，构建理想圆形表面的几何模型和网格模型，关键参数包括：圆形表面的圆心(x0，y0)和半径r，网格模型的单元边长l，其中网格模型的单元边长l为可变关键参数；
S3、创建理想圆形表面有限元网格生成脚本文件：提取圆形表面几何模型和网格模型构建过程中产生的命令流，把可变关键参数l设置为变量，并用变量替换命令流中关键参数对应的常值，获得参数驱动的理想圆形表面有限元网格生成脚本文件；
S4、创建样本数据数组:在步骤S3创建的脚本文件中，编程实现步骤S1中样本数据文件的读取，并创建样本数据数组；
S5、获取理想圆形表面网格模型中的所有节点:在步骤S4更新后的脚本文件中，编程构建虚拟长方体，使得理想圆形表面网格模型的所有节点均被包含在内，并实现所有节点的获取；
S6、依次逐个更新所有节点的z向坐标:在步骤S5更新后的脚本文件中，编程实现逐个提取所有节点的坐标(xi,yi)，计算节点与圆心(x0，y0)的距离di，计算di/l并对其进行取整，把取整后所得的数值视为步骤S4所创建数组的序列号，提取该序列号所对应的数据zi并替换节点的初始z向坐标；
S7、获得圆形表面的微观有限元网格模型。
进一步地，在步骤S1中，轮廓仪实测数据为圆形表面各测点微观高度值zi。
进一步地，在步骤S1中，在从轮廓仪实测数据中提取一半数据时，根据采样定理，以一个周期内平均数据量n0的一半为抽样步长n进行提取。
进一步地，在步骤S3中，该变量为轮廓仪分辨率res与抽样步长n的乘积，其公式为l＝res×n。
进一步地，在步骤S6中，计算节点与圆心(x0，y0)的距离公式为
Figure GDA0003748554790000051
参照附图，具体的实施方法如下：
图1为理想圆形表面，圆心坐标为(x0,y0)，半径为r。采用轮廓仪沿着图1中测量路径走线，按轮廓仪分辨率res依次读取各测点的z坐标，并形成图2所示实测数据曲线。
第一步：从图1中提取一半数据并对数据进行倒序处理，如图3所示。分析图3中数据的周期性，获得相邻波峰或波谷间的平均数据量n0，以一个周期内平均数据量n0的一半为抽样步长n，对所提取的一半数据进行抽样并形成样本数据文件，如图4所示。
第二步：在通用有限元软件UI界面依次输入关键参数，构建理想圆形表面的几何模型和网格模型，其中网格模型如图5所示。关键参数包括：圆形表面的圆心(x0,y0)和半径r，网格模型的单元边长l，其中网格模型的单元边长l为可变关键参数。
第三步：提取圆形表面几何模型和网格模型构建过程中产生的命令流，把可变关键参数l设置为变量，该变量为轮廓仪分辨率res与抽样步长n的乘积(l＝res×n)，并用变量替换命令流中关键参数对应的常值，获得参数驱动的理想圆形表面有限元网格生成脚本文件。
第四步：在第三步创建的脚本文件中，编程实现第一步中样本数据文件的读取，并创建样本数据数组。
第五步：在第四步更新后的脚本文件中，编程构建图6所示虚拟长方体，使得理想圆形表面网格模型的所有节点均被包含在内，并实现所有节点的获取。
第六步：在第五步更新后的脚本文件中，编程实现逐个提取所有节点的坐标(xi,yi)，计算节点与圆心(x0,y0)的距离
Figure GDA0003748554790000061
计算di/(res×n)并对其进行取整，把取整后所得的数值视为步骤第四步所创建数组的序列号，提取该序列号所对应的数据zi并替换节点的初始z向坐标。
第七步：获得如图7所示圆形表面微观有限元网格模型(为便于观察，图中各节点的z坐标已放大10倍)。
综上所述，本发明用于解决该类圆形表面的微观有限元网格生成问题。在对轮廓仪实测数据进行合理抽样，设置合适的参数后，即可自动构建圆形表面的微观有限元网格模型，能有效提高建模效率、分析不同参数对微观有限元网格模型的影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、生成样本数据文件：利用加工表面的对称性，从轮廓仪实测数据中提取一半数据并进行倒序处理，分析数据的周期性并获得一个周期内的平均数据量n0；对所提取的一半数据进行抽样并形成样本数据文件；
S2、构建理想圆形表面的几何模型和网格模型：在通用有限元软件UI界面依次输入关键参数，构建理想圆形表面的几何模型和网格模型，关键参数包括：圆形表面的圆心(x0，y0)和半径r，网格模型的单元边长l，其中网格模型的单元边长l为可变关键参数；
S3、创建理想圆形表面有限元网格生成脚本文件：提取圆形表面几何模型和网格模型构建过程中产生的命令流，把可变关键参数l设置为变量，并用变量替换命令流中关键参数对应的常值，获得参数驱动的理想圆形表面有限元网格生成脚本文件；
S4、创建样本数据数组:在步骤S3创建的脚本文件中，编程实现步骤S1中样本数据文件的读取，并创建样本数据数组；
S5、获取理想圆形表面网格模型中的所有节点:在步骤S4更新后的脚本文件中，编程构建虚拟长方体，使得理想圆形表面网格模型的所有节点均被包含在内，并实现所有节点的获取；
S6、依次逐个更新所有节点的z向坐标:在步骤S5更新后的脚本文件中，编程实现逐个提取所有节点的坐标(xi,yi)，计算节点与圆心(x0，y0)的距离di，计算di/l并对其进行取整，把取整后所得的数值视为步骤S4所创建数组的序列号，提取该序列号所对应的数据zi并替换节点的初始z向坐标；
S7、获得圆形表面的微观有限元网格模型。
2.根据权利要求1所述的一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法，其特征在于，在步骤S1中，轮廓仪实测数据为圆形表面各测点微观高度值zi。
3.根据权利要求1所述的一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法，其特征在于，在步骤S1中，在从轮廓仪实测数据中提取一半数据时，根据采样定理，以一个周期内平均数据量n0的一半为抽样步长n进行提取。
4.根据权利要求1所述的一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法，其特征在于，在步骤S3中，该变量为轮廓仪分辨率res与抽样步长n的乘积，其公式为l＝res×n。
5.根据权利要求1所述的一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法，其特征在于，在步骤S6中，计算节点与圆心(x0，y0)的距离公式为
Figure FDA0002908465820000021
CN202110079165.2A 2021-01-21 2021-01-21 一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法 Active CN112687011B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110079165.2A CN112687011B (zh) 2021-01-21 2021-01-21 一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110079165.2A CN112687011B (zh) 2021-01-21 2021-01-21 一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112687011A CN112687011A (zh) 2021-04-20
CN112687011B true CN112687011B (zh) 2022-08-26

Family

ID=75458788

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110079165.2A Active CN112687011B (zh) 2021-01-21 2021-01-21 一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112687011B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102306219A (zh) * 2011-08-24 2012-01-04 西安理工大学 一种结合部法向刚度的估计方法
CN102779200A (zh) * 2011-12-14 2012-11-14 西安交通大学 一种包含微观表面形貌的结合面接触性能分析方法
CN106960079A (zh) * 2017-03-02 2017-07-18 中国石油大学(华东) 多道次热轧工艺综合仿真分析的降维网格重构方法
CN109002662A (zh) * 2018-09-12 2018-12-14 华北水利水电大学 一种多尺度参数耦合的圆弧粗糙表面建模方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080255811A1 (en) * 2007-04-13 2008-10-16 Zi Qiang Sheng System and Method for Determining Surface Roughness

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102306219A (zh) * 2011-08-24 2012-01-04 西安理工大学 一种结合部法向刚度的估计方法
CN102779200A (zh) * 2011-12-14 2012-11-14 西安交通大学 一种包含微观表面形貌的结合面接触性能分析方法
CN106960079A (zh) * 2017-03-02 2017-07-18 中国石油大学(华东) 多道次热轧工艺综合仿真分析的降维网格重构方法
CN109002662A (zh) * 2018-09-12 2018-12-14 华北水利水电大学 一种多尺度参数耦合的圆弧粗糙表面建模方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Finite Element Microcosmic Contact Analysis of True Rough Surfaces Based on ANSYS;Wei Wang 等;《Advanced Materials Research》;20110816;2313-2318 *
基于有限元的密度投影场快速求解研究;陈沁梅 等;《现代计算机》;20201225;第36卷;3-8 *
应用TransMesh进行微观组织结构的有限元网格划分;倪黎 等;《兰州理工大学学报》;20050428(第2期);24-28 *
等离子喷涂FeCrBSi涂层接触应力有限元分析;周京 等;《稀有金属材料与工程》;20150915;第44卷(第9期);2159-2164 *
螺栓法兰连接结构有限元模型参数确定方法;蒋国庆 等;《国防科技大学学报》;20200811;第42卷(第4期);51-56 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112687011A (zh) 2021-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Knebe et al. Structure finding in cosmological simulations: the state of affairs
CN100568249C (zh) 用基本原理仿真辅助半导体制造过程的系统和方法
CN107133406B (zh) 一种电力系统静态电压稳定域边界的快速搜索方法
CN103488838B (zh) 一种余热锅炉管道计算机辅助出图方法
Macdonald et al. Assessing uncertainty in building simulation
CN110222416B (zh) 一种基于大数据的工业蒸汽量预测方法
JP5441422B2 (ja) シミュレーション方法及びプログラム
JP5235855B2 (ja) 環境データ補間方法、環境データ補間装置、プログラム、及び太陽光発電量算出システム
CN112687011B (zh) 一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法
CN107506522A (zh) 基于分子动力学模拟的浅纳米压痕弹性模量的计算方法
CN105677995A (zh) 一种基于全网格配点理论的模糊稳态热传导问题数值求解方法
CN116049941B (zh) 装配式环桁架结构构件装配前多维度状态提取及分析方法
CN110728030B (zh) 基于表面式凝汽器数值模拟汽水两侧耦合的方法
CN117607691A (zh) 一种锂离子电池充电工作温度的跟踪检测方法及装置
CN105808820B (zh) 一种求解区间热对流扩散问题的高精度数值方法
CN109117564B (zh) 一种pds三维模型转换relap5模型的系统和方法
Lai et al. Error compensation of free-form surface with critical area based on T-spline surface reconstruction
CN112861395B (zh) 一种基于实测数据的方形表面微观有限元网格生成方法
JP2011243016A (ja) 解析用メッシュ生成装置
CN112084723B (zh) 光纤预制棒一次拉伸工艺仿真方法及装置
CN115374673A (zh) 时域热传导仿真方法及存储介质
Kaplan et al. Reverse engineering design of a hydraulic turbine runner
CN105426626B (zh) 基于相似数据样式聚类的多点地质统计学建模方法
CN111798564A (zh) 一种pds三维模型转换的系统及其实现方法
CN113656852A (zh) 一种精细化河道地形快速生成方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant