CN115995277B - 一种材料动力学特性评估方法、装置、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了计算机技术领域内的一种材料动力学特性评估方法、装置、设备及介质。本申请在针对复合材料构建网格结构后，确定网格结构中的每一网格顶点在横向和轴向上含泊松比影响的形函数及其导数，由此本申请在求解方程中引入了轴向对横向位移的泊松比影响以及横向对轴向位移的泊松比影响；那么基于各网格顶点的动力学特性求解方程得到的各网格顶点的位移，具备更高的计算精度，从而在不影响求解速度的前提下，提高了复合防热结构的动力学特性的预测精度，能够降低结构设计过程中的计算成本，缩短结构设计周期。相应地，本申请提供的一种材料动力学特性评估装置、设备及介质，也同样具有上述技术效果。
Description
技术领域
本申请涉及计算机技术领域，特别涉及一种材料动力学特性评估方法、装置、设备及介质。
背景技术
目前，复合材料的动力学特性可借助实验手段和计算手段确定。然而，受复合材料的空间随机以及多尺度分布影响，实验手段获得的结果随机性较大、可重复性差，同时实验成本过高且周期过长。现有的计算手段也存在诸多问题，包括：基于有限元方法或有限体积方法计算时需划分较多网格，这不仅对技术人员划分网格的技术具有较严格的要求，求解计算过程还十分耗时，精度也有限；基于高阶单元建立结构-网格拓扑关系，虽然可以提高计算精度，但其大幅度增加了刚度矩阵带宽，求解过程仍十分耗时，不具备实际的工程应用价值。
因此，如何提高复合材料动力学特性的计算效率和精度，是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种材料动力学特性评估方法、装置、设备及介质，以提高复合材料动力学特性的计算效率和精度。其具体方案如下：
第一方面，本申请提供了一种材料动力学特性评估方法，包括：
获取针对复合材料构建的网格结构；
确定所述网格结构中的每一网格顶点在横向和轴向上含泊松比影响的形函数及其导数；
基于积分格式的动力学方程和各网格顶点的形函数的导数构建各网格顶点的动力学特性求解方程；
基于各网格顶点的动力学特性求解方程得到各网格顶点的位移，并根据各网格顶点的位移评估所述复合材料的动力学特性。
可选地，所述确定所述网格结构中的每一网格顶点在横向和轴向上含泊松比影响的形函数及其导数，包括：
针对所述网格结构中的每一网格顶点，确定泊松比影响在当前网格顶点处的横向耦合项和轴向耦合项；
基于所述横向耦合项、所述轴向耦合项和当前网格顶点的局部坐标构建当前网格顶点在横向和轴向上的形函数及其导数。
可选地，所述确定泊松比影响在当前网格顶点处的横向耦合项和轴向耦合项，包括：
若所述网格结构中的每一网格为四边形，则按照第一公式确定泊松比影响在当前网格顶点处的横向耦合项和轴向耦合项，所述第一公式为：
其中，N iξη 表示泊松比影响在当前网格顶点i处的横向耦合项，N iηξ 表示泊松比影响在当前网格顶点i处的轴向耦合项，N iξη =N iηξ ，μ为泊松比，α为修正系数，β i 为当前网格顶点i的面积坐标因子，当前网格顶点i的全局坐标为(ξ i ,η i )，(ξ,η)为当前网格顶点i所属网格内任意点的局部坐标。
可选地，所述基于积分格式的动力学方程和各网格顶点的形函数的导数构建各网格顶点的动力学特性求解方程，包括：
针对所述网格结构中的每一网格顶点构建控制体，并基于所述动力学方程和当前控制体覆盖的各网格顶点的形函数的导数，构建当前控制体所对应的网格顶点的动力学特性求解方程。
可选地，所述针对所述网格结构中的每一网格顶点构建控制体，包括：
针对所述网格结构中的每一网格顶点，连接该网格顶点、该网格顶点所属边的中点以及该网格顶点所属四边形的中心点，得到该网格顶点对应的控制体。
可选地，所述基于各网格顶点的动力学特性求解方程得到各网格顶点的位移，包括：
合并各网格顶点的动力学特性求解方程，并基于Newmark对合并结果进行格式转换；
基于格式转换后的方程求解各网格顶点的位移。
可选地，所述网格结构中的每一网格为四边形或六面体。
第二方面，本申请提供了一种材料动力学特性评估装置，包括：
获取模块，用于获取针对复合材料构建的网格结构；
确定模块，用于确定所述网格结构中的每一网格顶点在横向和轴向上含泊松比影响的形函数及其导数；
构建模块，用于基于积分格式的动力学方程和各网格顶点的形函数的导数构建各网格顶点的动力学特性求解方程；
求解模块，用于基于各网格顶点的动力学特性求解方程得到各网格顶点的位移，并根据各网格顶点的位移评估所述复合材料的动力学特性。
第三方面，本申请提供了一种电子设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序，以实现前述公开的材料动力学特性评估方法。
第四方面，本申请提供了一种可读存储介质，用于保存计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现前述公开的材料动力学特性评估方法。
通过以上方案可知，本申请提供了一种材料动力学特性评估方法，包括：获取针对复合材料构建的网格结构；确定所述网格结构中的每一网格顶点在横向和轴向上含泊松比影响的形函数及其导数；基于积分格式的动力学方程和各网格顶点的形函数的导数构建各网格顶点的动力学特性求解方程；基于各网格顶点的动力学特性求解方程得到各网格顶点的位移，并根据各网格顶点的位移评估所述复合材料的动力学特性。
可见，本申请在针对复合材料构建网格结构后，确定网格结构中的每一网格顶点在横向和轴向上含泊松比影响的形函数及其导数，由此本申请基于积分格式的动力学方程和各网格顶点的形函数的导数构建的各网格顶点的动力学特性求解方程中含横向和轴向上的泊松比影响，也就在求解方程中引入了轴向对横向位移的泊松比影响以及横向对轴向位移的泊松比影响；那么基于各网格顶点的动力学特性求解方程得到的各网格顶点的位移，可以具备更高计算精度。由于本申请未增加网格数量，因此求解复杂度不变，那么根据各网格顶点的位移评估复合材料的动力学特性的效率能得到保证。由此，本申请在不影响求解速度的前提下，提高了复合防热结构的动力学特性的预测精度，能够降低结构设计过程中的计算成本，缩短结构设计周期。
相应地，本申请提供的一种材料动力学特性评估装置、设备及介质，也同样具有上述技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请公开的一种材料动力学特性评估方法流程图；
图2为本申请公开的一种四边形网格示意图；
图3为本申请公开的一种四边形网格对应的积分示意图；
图4为本申请公开的顶点i的形函数在横向ξ的导数示意图；
图5为本申请公开的顶点i的形函数在轴向η的导数示意图；
图6为本申请公开的一种材料动力学特性评估装置示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
目前，复合材料的动力学特性的计算手段存在诸多问题，包括：基于有限元方法或有限体积方法计算时需划分较多网格，这不仅对技术人员划分网格的技术具有较严格的要求，求解计算过程还十分耗时，精度也有限；基于高阶单元建立结构-网格拓扑关系，虽然可以提高计算精度，但其大幅度增加了刚度矩阵带宽，求解过程仍十分耗时，不具备实际的工程应用价值。为此，本申请提供了一种材料动力学特性评估方案，能够在不影响求解速度的前提下，提高了复合防热结构的动力学特性的预测精度，能够降低结构设计过程中的计算成本，缩短结构设计周期。
参见图1所示，本申请实施例公开了一种材料动力学特性评估方法，包括：
S101、获取针对复合材料构建的网格结构。
在本实施例中，针对复合材料构建的网格结构可以由四边形或六面体构成。也即在一种具体实施方式中，网格结构中的每一网格为四边形或六面体。当网格结构中的每一网格为四边形时，其中的某一网格如图2所示，如图2所示，该网格有四个网格顶点1、2、3、4，CV1表示网格顶点1对应的控制体，CV2表示网格顶点2对应的控制体，CV3表示网格顶点3对应的控制体，CV4表示网格顶点4对应的控制体。
S102、确定网格结构中的每一网格顶点在横向和轴向上含泊松比影响的形函数及其导数。
在一种具体实施方式中，确定网格结构中的每一网格顶点在横向和轴向上含泊松比影响的形函数及其导数，包括：针对网格结构中的每一网格顶点，确定泊松比影响在当前网格顶点处的横向耦合项和轴向耦合项；基于横向耦合项、轴向耦合项和当前网格顶点的局部坐标构建当前网格顶点在横向和轴向上的形函数及其导数。
在一种具体实施方式中，确定泊松比影响在当前网格顶点处的横向耦合项和轴向耦合项，包括：若网格结构中的每一网格为四边形，则按照第一公式确定泊松比影响在当前网格顶点处的横向耦合项和轴向耦合项，第一公式为：
；
其中，N iξη 表示泊松比影响在当前网格顶点i处的横向耦合项，N iηξ 表示泊松比影响在当前网格顶点i处的轴向耦合项，N iξη =N iηξ ，μ为泊松比，α为修正系数，β i 为当前网格顶点i的面积坐标因子，当前网格顶点i的全局坐标为(ξ i ,η i )；i=1、2、3、4；(ξ,η)为当前网格顶点i所属网格内任意点的局部坐标。
S103、基于积分格式的动力学方程和各网格顶点的形函数的导数构建各网格顶点的动力学特性求解方程。
S104、基于各网格顶点的动力学特性求解方程得到各网格顶点的位移，并根据各网格顶点的位移评估复合材料的动力学特性。
在一种具体实施方式中，基于积分格式的动力学方程和各网格顶点的形函数的导数构建各网格顶点的动力学特性求解方程，包括：针对网格结构中的每一网格顶点构建控制体，并基于动力学方程和当前控制体覆盖的各网格顶点的形函数的导数，构建当前控制体所对应的网格顶点的动力学特性求解方程。
其中，针对网格结构中的每一网格顶点构建控制体，包括：针对网格结构中的每一网格顶点，连接该网格顶点、该网格顶点所属边的中点以及该网格顶点所属四边形的中心点，得到该网格顶点对应的控制体。如图2所示，网格顶点1对应的控制体CV1由网格顶点1、网格顶点1所在的两条边的中点以及当前四边形的中心点的连线构成，图2中其他网格顶点的控制体以此类推，本实施例不再赘述。进一步地，图2所示四边形在局部坐标系下的积分点位置、控制体积分边界以及边界法向量如图3所示。
在一种具体实施方式中，基于各网格顶点的动力学特性求解方程得到各网格顶点的位移，包括：合并各网格顶点的动力学特性求解方程，并基于Newmark对合并结果进行格式转换；基于格式转换后的方程求解各网格顶点的位移。
本实施例在针对复合材料构建网格结构后，确定网格结构中的每一网格顶点在横向和轴向上含泊松比影响的形函数及其导数，由此本申请基于积分格式的动力学方程和各网格顶点的形函数的导数构建的各网格顶点的动力学特性求解方程中含横向和轴向上的泊松比影响，也就在求解方程中引入了轴向对横向位移的泊松比影响以及横向对轴向位移的泊松比影响；那么基于各网格顶点的动力学特性求解方程得到的各网格顶点的位移，可以具备更高的计算精度。
可见，本实施例基于传统的4点四边形或8点六面体建立网格结构，并不增加网格数量，因此求解复杂度不变，不会增加计算难度，求解速度也不会降低。由此本实施例在不影响求解速度的前提下，提高了复合防热结构的动力学特性的预测精度，能够降低结构设计过程中的计算成本，缩短结构设计周期。
下述实施例针对本申请提供的方案做进一步的详细介绍。本实施例以四边形构建的网格结构为例进行方案介绍，实现步骤包括：步骤1：计算每一四边形顶点的控制体积分点处的形函数及其导数并进行存储；步骤2：根据步骤1获得形函数的导数形成运动方程离散矩阵；步骤3：采用多重网格技术对步骤2形成的矩阵进行求解，采用时间步进方法更新当前位移，重复步骤3直至达到计算总时间，最后输出各网格顶点的位移。
其中，在局部坐标系下，标准四边形的形函数表达式为：
（1），i=1、2、3、4；其中，i表示四边形的四个顶点中的任意一个，N iξξ 和N i ηη表示沿ξ和η方向的顶点i的插值形函数，顶点i在局部坐标系下的坐标为（ξ i ,η i ），(ξ,η)为顶点i所属四边形内任意点的局部坐标。
在全局坐标系下，采用式（1）进行近似计算，则有：
（2）；其中，(x i ,y i )为四边形顶点i的全局坐标，(x,y)为顶点i所属四边形内任意点的全局坐标。
本实施例在进行位移插值时，考虑两个方向由形函数产生的相互影响：
（3）；其中，u和v表示顶点i所属四边形内任意点的x和y方向的位移，N ξη 和N ηξ 表示x和y方向的附加耦合项，其表达式为：/>
（4）；上式中，μ为泊松比，α为修正系数，β i 为广义等参单元的面积坐标因子（原始的映射单元），其表达式为：/>
（5）；修正系数α的取值范围为：
（6），边界值依据经验进行保留。请参见图2，S为四边形总面积，S △234为顶点2、3、4所构成三角形的面积，S △341为顶点3、4、1所构成三角形的面积，S △412为顶点4、1、2所构成三角形的面积，S △123为顶点1、2、3所构成三角形的面积。
利用动力学方程进行数值离散的过程中，需要计算全局坐标下的形函数N i =（N iξξ ,N iξη ,N iηξ ,N iηη ）的空间导数∂N i /∂x和∂N i /∂y，其转化到局部坐标系下采用雅克比变换进行求解，则有：
（7）。/>
其中，[J]为雅克比矩阵，雅克比矩阵的分量为：
（8），其中，x i 和y i 表示四边形ic 1的任意顶点的全局坐标。
根据式（7）和（8）式，可得：
（9）。选择中点积分公式对上式进行近似计算，局部坐标系下4个积分点的位置以及局部坐标分如图3所示。
根据式（1）和式（4）可得不同顶点的形函数沿局部坐标系的导数，具体见图4和图5。
积分格式动力学方程为：
（10）。
应力张量σ与位移矢量u=(u,v)T的关系可采用下式进行表示：
（11）；上式中，参数a、b、c可采用泊松比μ和弹性模量E进行表示。针对平面应力问题，a=E/(1-μ 2)，b=μE/(1-μ 2)，c=E/[2(1+μ)])；针对平面应变问题，a=E(1- μ)/[(1+μ)(1-2μ)]，b=μE/[(1+μ)(1-2μ)]，c=E/[2(1+μ)])。
位移采用矩阵形式可表达为：
将式（3）对全局坐标(x,y)求空间导数得：
将式（11）-式（13）带入式（10），可得：
上式整理得：
其中，上标‘n’表示顶点i相邻的四边形单元个数，‘4’表示四边形的4个顶点，下角标‘ij’表示第j个相邻单元的顶点i。
式（15）中右端时间项采用控制体中心进行近似，式（15）可化为：
通过对以顶点形成的控制体以式（16）循环，并进行总装可得：
（17）。式中，/>
表示包含顶点加速的/>
的矢量，K xx 和K xy 平衡方程中矢量/>
沿x方向的系数，K yx 和K yy 平衡方程中矢量/>
沿y方向的系数，M为主对角质量矩阵。
基于Newmark格式，式（17）可进一步表示为：
下一步采用多重网格求解技术求解式（18），同时采用下式进行位移、速度、加速度更新：
（19）；其中δ为常系数，取值为0.5。当时间t+△t达到最大设定时间t max时，求解完成。
本实施例基于格点型FVM（有限体积法）进行空间离散，离散过程中四边形的形函数考虑由于泊松比产生的相互影响，并在形函数表达式中直接引入由泊松比产生的耦合影响，不改变原有格点型FVM求解技术的数据框架（包括前处理，方程组求解、后处理），同时不改变平衡方程刚度矩阵的带宽，对求解速度无影响，在不增加网格数量下，直接提高复合结构动力学特性的预测精度。
可见，本求解技术通过在标准4点四边形单元的形函数构造过程中引入耦合项影响，可直接在基于标准4点四边形单元的格点型FVM进行扩展，不改变其数据框架以及矩阵带宽，在不影响矩阵求解速度下可提高复合材料动力学特性的预测精度，降低了结构设计过程中的计算成本，缩短了结构设计周期。按照本实施例可针对三维网格结构（如六面体）进行求解。
下面对本申请实施例提供的一种材料动力学特性评估装置进行介绍，下文描述的一种材料动力学特性评估装置与本文描述的其他实施例可以相互参照。
参见图6所示，本申请实施例公开了一种材料动力学特性评估装置，包括：
获取模块601，用于获取针对复合材料构建的网格结构；
确定模块602，用于确定网格结构中的每一网格顶点在横向和轴向上含泊松比影响的形函数及其导数；
构建模块603，用于基于积分格式的动力学方程和各网格顶点的形函数的导数构建各网格顶点的动力学特性求解方程；
求解模块604，用于基于各网格顶点的动力学特性求解方程得到各网格顶点的位移，并根据各网格顶点的位移评估复合材料的动力学特性。
在一种具体实施方式中，确定模块包括：
第一子单元，用于针对网格结构中的每一网格顶点，确定泊松比影响在当前网格顶点处的横向耦合项和轴向耦合项；
第二子单元，用于基于横向耦合项、轴向耦合项和当前网格顶点的局部坐标构建当前网格顶点在横向和轴向上的形函数及其导数。
在一种具体实施方式中，第一子单元具体用于：
若网格结构中的每一网格为四边形，则按照第一公式确定泊松比影响在当前网格顶点处的横向耦合项和轴向耦合项，第一公式为：
其中，N iξη 表示泊松比影响在当前网格顶点i处的横向耦合项，N iηξ 表示泊松比影响在当前网格顶点i处的轴向耦合项，N iξη =N iηξ ，μ为泊松比，α为修正系数，β i 为当前网格顶点i的面积坐标因子，当前网格顶点i的全局坐标为(ξ i ,η i )，(ξ,η)为当前网格顶点i所属网格内任意点的局部坐标。
在一种具体实施方式中，构建模块具体用于：
针对网格结构中的每一网格顶点构建控制体，并基于动力学方程和当前控制体覆盖的各网格顶点的形函数的导数，构建当前控制体所对应的网格顶点的动力学特性求解方程。
在一种具体实施方式中，构建模块具体用于：
针对网格结构中的每一网格顶点，连接该网格顶点、该网格顶点所属边的中点以及该网格顶点所属四边形的中心点，得到该网格顶点对应的控制体。
在一种具体实施方式中，求解模块具体用于：
合并各网格顶点的动力学特性求解方程，并基于Newmark对合并结果进行格式转换；
基于格式转换后的方程求解各网格顶点的位移。
其中，关于本实施例中各个模块、单元更加具体的工作过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。
可见，本实施例提供了一种材料动力学特性评估装置，能够在不影响求解速度的前提下，提高了复合防热结构的动力学特性的预测精度，能够降低结构设计过程中的计算成本，缩短结构设计周期。
下面对本申请实施例提供的一种电子设备进行介绍，下文描述的一种电子设备与本文描述的其他实施例可以相互参照。
本申请实施例公开了一种电子设备，包括：
存储器，用于保存计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序，以实现上述任意实施例公开的方法。
下面对本申请实施例提供的一种可读存储介质进行介绍，下文描述的一种可读存储介质与本文描述的其他实施例可以相互参照。
一种可读存储介质，用于保存计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现前述实施例公开的材料动力学特性评估方法。关于该方法的具体步骤可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。
本申请涉及的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在本申请中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的可读存储介质中。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (7)
1.一种材料动力学特性评估方法，其特征在于，包括：
获取针对复合材料构建的网格结构；
确定所述网格结构中的每一网格顶点在横向和轴向上含泊松比影响的形函数及其导数；
基于积分格式的动力学方程和各网格顶点的形函数的导数构建各网格顶点的动力学特性求解方程；
基于各网格顶点的动力学特性求解方程得到各网格顶点的位移，并根据各网格顶点的位移评估所述复合材料的动力学特性；
其中，所述确定所述网格结构中的每一网格顶点在横向和轴向上含泊松比影响的形函数及其导数，包括：
针对所述网格结构中的每一网格顶点，确定泊松比影响在当前网格顶点处的横向耦合项和轴向耦合项；
基于所述横向耦合项、所述轴向耦合项和当前网格顶点的局部坐标构建当前网格顶点在横向和轴向上的形函数及其导数；
其中，所述确定泊松比影响在当前网格顶点处的横向耦合项和轴向耦合项，包括：
若所述网格结构中的每一网格为四边形，则按照第一公式确定泊松比影响在当前网格顶点处的横向耦合项和轴向耦合项，所述第一公式为：
其中，N iξη 表示泊松比影响在当前网格顶点i处的横向耦合项，N iηξ 表示泊松比影响在当前网格顶点i处的轴向耦合项，N iξη =N iηξ ，μ为泊松比，α为修正系数，β i 为当前网格顶点i的面积坐标因子，当前网格顶点i的全局坐标为(ξ i ,η i )，(ξ,η)为当前网格顶点i所属网格内任意点的局部坐标；
其中，四边形的顶点i在全局坐标下的形函数包括：N i =（N iξξ ,N iξη ,N iηξ ,N iηη ），
，i表示四边形的四个顶点中的任意一个，i=1、2、3、4；N iξξ 和N i ηη表示沿ξ和η方向的四边形的顶点i的形函数，四边形的顶点i在局部坐标系下的坐标为（ξ i ,η i ），(ξ,η)为四边形的顶点i所属四边形内任意点的局部坐标；
其中，所述基于积分格式的动力学方程和各网格顶点的形函数的导数构建各网格顶点的动力学特性求解方程，包括：
针对所述网格结构中的每一网格顶点构建控制体，并基于所述动力学方程和当前控制体覆盖的各网格顶点的形函数的导数，构建当前控制体所对应的网格顶点的动力学特性求解方程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对所述网格结构中的每一网格顶点构建控制体，包括：
针对所述网格结构中的每一网格顶点，连接该网格顶点、该网格顶点所属边的中点以及该网格顶点所属四边形的中心点，得到该网格顶点对应的控制体。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于各网格顶点的动力学特性求解方程得到各网格顶点的位移，包括：
合并各网格顶点的动力学特性求解方程，并基于Newmark对合并结果进行格式转换；
基于格式转换后的方程求解各网格顶点的位移。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述网格结构中的每一网格为四边形或六面体。
5.一种材料动力学特性评估装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取针对复合材料构建的网格结构；
确定模块，用于确定所述网格结构中的每一网格顶点在横向和轴向上含泊松比影响的形函数及其导数；
构建模块，用于基于积分格式的动力学方程和各网格顶点的形函数的导数构建各网格顶点的动力学特性求解方程；
求解模块，用于基于各网格顶点的动力学特性求解方程得到各网格顶点的位移，并根据各网格顶点的位移评估所述复合材料的动力学特性；
其中，所述确定模块包括：
第一子单元，用于针对所述网格结构中的每一网格顶点，确定泊松比影响在当前网格顶点处的横向耦合项和轴向耦合项；
第二子单元，用于基于所述横向耦合项、所述轴向耦合项和当前网格顶点的局部坐标构建当前网格顶点在横向和轴向上的形函数及其导数；
其中，所述第一子单元具体用于：
若所述网格结构中的每一网格为四边形，则按照第一公式确定泊松比影响在当前网格顶点处的横向耦合项和轴向耦合项，所述第一公式为：
其中，N iξη 表示泊松比影响在当前网格顶点i处的横向耦合项，N iηξ 表示泊松比影响在当前网格顶点i处的轴向耦合项，N iξη =N iηξ ，μ为泊松比，α为修正系数，β i 为当前网格顶点i的面积坐标因子，当前网格顶点i的全局坐标为(ξ i ,η i )，(ξ,η)为当前网格顶点i所属网格内任意点的局部坐标；
其中，四边形的顶点i在全局坐标下的形函数包括：N i =（N iξξ ,N iξη ,N iηξ ,N iηη ），
，i表示四边形的四个顶点中的任意一个，i=1、2、3、4；N iξξ 和N i ηη表示沿ξ和η方向的四边形的顶点i的形函数，四边形的顶点i在局部坐标系下的坐标为（ξ i ,η i ），(ξ,η)为四边形的顶点i所属四边形内任意点的局部坐标；
其中，所述构建模块具体用于：
针对所述网格结构中的每一网格顶点构建控制体，并基于所述动力学方程和当前控制体覆盖的各网格顶点的形函数的导数，构建当前控制体所对应的网格顶点的动力学特性求解方程。
6.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序，以实现如权利要求1至4任一项所述的方法。
7.一种可读存储介质，其特征在于，用于保存计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的方法。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107025343A (zh) * | 2017-04-01 | 2017-08-08 | 司靓 | 一种面向复合材料结构的冲撞击监控与能评估技术 |
| CN110955938A (zh) * | 2019-11-06 | 2020-04-03 | 华中科技大学 | 一种具有梯度多孔夹芯的夹层结构拓扑优化方法 |
| CN112784489A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-05-11 | 北京航空航天大学 | 一种针对连续体结构的高效的动力学鲁棒性拓扑优化方法 |
| CN113821887A (zh) * | 2021-09-22 | 2021-12-21 | 湘潭大学 | 基于无网格efgm和plsm的各向异性结构热力耦合拓扑优化方法 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050168460A1 (en) * | 2002-04-04 | 2005-08-04 | Anshuman Razdan | Three-dimensional digital library system |
| JP4547941B2 (ja) * | 2004-03-03 | 2010-09-22 | 横浜ゴム株式会社 | 複合材の力学特性シミュレーション方法および複合材の力学挙動シミュレーション装置 |
| CN103310072B (zh) * | 2013-06-28 | 2015-12-23 | 哈尔滨理工大学 | 基于力反馈的股骨生物力学有限元分析系统 |
| US10311180B2 (en) * | 2014-07-15 | 2019-06-04 | Dassault Systemes Simulia Corp. | System and method of recovering Lagrange multipliers in modal dynamic analysis |
| CN107256294B (zh) * | 2017-05-24 | 2020-05-22 | 西安交通大学 | 一种基于等效刚度法的sss离合器动力学建模方法 |
| CN108986220B (zh) * | 2018-07-16 | 2022-06-24 | 浙江大学 | 一种加速有限元求解物体网格模型弹性变形的方法 |
| CN113168891A (zh) * | 2018-09-14 | 2021-07-23 | 西北大学 | 用于材料系统的设计优化和/或性能预测的数据驱动的表示和聚类离散化方法及系统及其应用 |
| CN109960865B9 (zh) * | 2019-03-20 | 2023-05-05 | 湘潭大学 | 薄板无网格Galerkin结构动力响应分析的GPU加速方法 |
| CN109948253B (zh) * | 2019-03-20 | 2022-11-29 | 湘潭大学 | 薄板无网格Galerkin结构模态分析的GPU加速方法 |
| CN111914448B (zh) * | 2020-07-16 | 2023-06-09 | 青岛海洋地质研究所 | 基于控制体有限元方法的流固耦合数值模拟方法 |
| CN113903402A (zh) * | 2021-09-29 | 2022-01-07 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种基于分子动力学模拟的墨水/基底界面的微观性质分析方法 |
| CN114330034B (zh) * | 2022-03-09 | 2022-05-31 | 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 | 一种预测可压-不可压复合材料弹性行为的计算方法 |
| CN114429052B (zh) * | 2022-04-06 | 2022-06-21 | 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 | 复合材料广义热弹性耦合问题计算方法 |
| CN115186343A (zh) * | 2022-07-11 | 2022-10-14 | 中建研科技股份有限公司 | 一种车致振动影响分析方法 |
-
2023
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107025343A (zh) * | 2017-04-01 | 2017-08-08 | 司靓 | 一种面向复合材料结构的冲撞击监控与能评估技术 |
| CN110955938A (zh) * | 2019-11-06 | 2020-04-03 | 华中科技大学 | 一种具有梯度多孔夹芯的夹层结构拓扑优化方法 |
| CN112784489A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-05-11 | 北京航空航天大学 | 一种针对连续体结构的高效的动力学鲁棒性拓扑优化方法 |
| CN113821887A (zh) * | 2021-09-22 | 2021-12-21 | 湘潭大学 | 基于无网格efgm和plsm的各向异性结构热力耦合拓扑优化方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Dynamic Characteristics Study for Surface Composite of AMMNCs Matrix Fabricated by Friction Stir Process;Essam B. Moustafa 等;《materials》;1-15 * |
| 复合材料广义热弹性问题格点型有限体积法研究;刘琦 等;《四川大学学报（自然科学版）》;第59卷(第2期);024001-1-024001-12 * |
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