CN116341342B - 有限单元仿真的网格矩阵生成方法、系统及相关设备 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于压电材料力电耦合技术领域，尤其涉及一种有限单元仿真的网格矩阵生成方法、系统及相关设备。本发明提出了一种在声表面波器件的仿真过程中利用不同尺寸的有限元网格之间的数学关系来快速计算获得单元矩阵的方法，相较于现有技术，本发明的方法能够针对不同材料的叉指换能器部分计算有限元矩阵，并根据材料的类型减少矩阵的计算量，在周期特征不明显、复杂层状、结构多变的声表面波器件的仿真中，能够显著提高仿真的计算效率。

Description

有限单元仿真的网格矩阵生成方法、系统及相关设备
技术领域
本发明适用于压电材料力电耦合技术领域，尤其涉及一种有限单元仿真的网格矩阵生成方法、系统及相关设备。
背景技术
随着无线技术的发展，智能通讯设备中声学滤波器元件的需求越来越大。为了验证方案可行性，进一步提高设备性能，设计人员通常使用有限元方法（FEM，ISBN：7-80159-853-9，2015）对声学滤波器精确仿真。有限元方法基于物理模型的偏微分方程，将已知边界条件的连续区域离散划分为有限个网格，再通过网格节点重新连接构建整体方程，求解得到模型的精确数值解。以声表面波（SAW）器件为例，有限元方法可以计算任何材料和形状，以及任意复杂层状结构器件的位移和电势等变量。但是声表面波器件全三维尺寸的仿真需要剖分数量巨大的网格，消耗大量的计算资源，实际情况中很难做到，通常采用二维或准三维结构在周期性边界条件下，以牺牲一部分精确度来换取时间和计算成本。根据声表面波器件插指结构周期性变化的特点，层次级联技术得到了广泛的运用。
层次级联技术（HCT）利用声表面波器件叉指周期性的结构特点，将完整器件以一个电极对应区域为子单元分割，每个子单元通过舒尔（Schur）补运算消除内部自由度的操作，大幅降低了对计算资源的需求，使得声表面波器件的全尺寸仿真变为可能。层次级联技术计算时，首先需要生成子单元的数值矩阵，用于后续流程中级联拼接。这对于有周期性特点的声表面波器件非常友好，因为相同尺寸单元的矩阵是相等的，这意味着器件中相同尺寸的单元越多，用于生成单元矩阵的时间越少。
然而，随着设计人员对性能的要求提高，普通的周期性声表面波器件已无法满足需求，因此出现了同一个器件中结构不断变化的新型滤波器，如渐进双模声表面波滤波器（DMS）。渐进双模声表面波滤波器的特点是器件中包含不同尺寸的指条，每根指条的构成材料、指条周期（pitch）、电极宽度和位置都可能不同。如果使用层次级联技术仿真，需要生成几十甚至上百种不同的尺寸的单元矩阵。通常，生成一个包含上千自由度的单元的有限元矩阵所需时间为数秒，而渐进双模声表面波滤波器所需的生成单元矩阵时间是传统周期型声表面波滤波器的几十甚至上百倍，应用层次级联技术的仿真方法的计算上的时间优势就没有那么明显了。
发明内容
本发明提供一种有限单元仿真的网格矩阵生成方法、系统及相关设备，旨在解决现有技术通过有限元方法和层次级联技术进行声表面波器件仿真的过程计算量大的问题。
第一方面，本发明提供一种有限单元仿真的网格矩阵生成方法，应用于使用有限单元法建模的声表面波器件的仿真，所述仿真方法包括以下步骤：
S1、获取所述声表面波器件的几何结构和材料信息；
S2、根据所述材料信息的种类，为每一种所述材料构建基于多节点网格的不同长度、宽度尺寸的基础材料子单元，使用有限单元法计算不同尺寸的所述基础材料子单元对应的基础材料矩阵，以及对应所述基础材料矩阵的转换矩阵；
S3、根据所述几何结构的类型，将所述声表面波器件划分为多种基础结构子单元；
S4、使用有限单元法将所述基础结构子单元按照所述材料信息划分为有限个矩形网格，并获取每一所述矩形网格的尺寸；
S5、根据所述转换矩阵分别计算不同尺寸的所述矩形网格的基础有限元矩阵；
S6、将所述基础有限元矩阵根据层次级联方法按照所述几何结构进行拼接，得到所述声表面波器件的整体器件矩阵，将所述整体器件矩阵作为生成结果输出。
更进一步地，所述多节点网格为二维有限元网格，所述基础材料子单元包括第一基础材料子单元、第二基础材料子单元、第三基础材料子单元，长度尺寸分别为s1、s2、s3，宽度尺寸分别为h1、h2、h3。
更进一步地，定义所述第一基础材料子单元、所述第二基础材料子单元、所述第三基础材料子单元根据有限单元法计算得到的对应的所述基础材料矩阵分别为第一基础材料矩阵K1、第二基础材料矩阵K2、第三基础材料矩阵K3，所述转换矩阵包括第一转换矩阵A、第二转换矩阵B、第三转换矩阵C，所述基础材料子单元、所述基础材料矩阵、所述转换矩阵之间满足以下关系式（1）：
（1）；
根据关系式（1），所述第一转换矩阵A、所述第二转换矩阵B、所述第三转换矩阵C满足以下关系式（2）：
（2）；
关系式（2）中，为克罗内克积运算。
更进一步地，步骤S5中，定义所述基础有限元矩阵为K，所述基础有限元矩阵K满足以下关系式（3）：
（3）；
关系式（3）中，s、h分别为所述矩形网格的长度、宽度。
更进一步地，步骤S6包括以下子步骤：
S61、将所有所述基础有限元矩阵通过舒尔补运算消除内部自由度；
S62、根据所述几何结构的类型，将所述基础有限元矩阵根据层次级联方法进行拼接，得到对应所述基础结构子单元的区域器件矩阵，其中，使用舒尔补运算消除所述基础有限元矩阵拼接部分的自由度；
S63、根据所述声表面波器件的所述几何结构，将所述区域器件矩阵根据层次级联方法进行拼接，得到所述声表面波器件的所述整体器件矩阵，并将其输出，其中，使用舒尔补运算消除所述区域器件矩阵拼接部分的自由度。
第二方面，本发明还提供一种有限单元仿真的网格矩阵生成系统，应用于使用有限单元法建模的声表面波器件的仿真，所述网格矩阵生成系统包括：
仿真数据获取模块，用于获取所述声表面波器件的几何结构和材料信息；
转换矩阵计算模块，用于根据所述材料信息的种类，为每一种所述材料构建基于多节点网格的不同长度、宽度尺寸的基础材料子单元，使用有限单元法计算不同尺寸的所述基础材料子单元对应的基础材料矩阵，以及对应所述基础材料矩阵的转换矩阵；
分类模块，用于根据所述几何结构的类型，将所述声表面波器件划分为多种基础结构子单元；
材料网格划分模块，用于使用有限单元法将所述基础结构子单元按照所述材料信息划分为有限个矩形网格，并获取每一所述矩形网格的尺寸；
材料网格计算模块，用于根据所述转换矩阵计算不同尺寸的所述矩形网格的基础有限元矩阵；
级联模块，用于将所述基础有限元矩阵根据层次级联方法按照所述几何结构进行拼接，得到所述声表面波器件的整体器件矩阵，将所述整体器件矩阵作为仿真结果输出。
第三方面，本发明还提供一种计算机设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述实施例中任意一项所述的有限单元仿真的网格矩阵生成方法中的步骤。
第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述实施例中任意一项所述的有限单元仿真的网格矩阵生成方法中的步骤。
本发明所达到的有益效果，在于提出了一种在声表面波器件的仿真过程中利用不同尺寸的有限元网格之间的数学关系来快速计算获得单元矩阵的方法，相较于现有技术，本发明的方法能够针对不同材料的叉指换能器部分计算有限元矩阵，并根据材料的类型减少矩阵的计算量，在周期特征不明显、复杂层状、结构多变的声表面波器件的仿真中，能够显著提高仿真的计算效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的有限单元仿真的网格矩阵生成方法的步骤流程示意图；
图2是本发明实施例提供的声表面波器件的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的二维九节点有限元网格示意图；
图4是本发明实施例划分的基础结构子单元示意图；
图5是本发明实施例提供的叉指子单元中矩形网格的示意图；
图6是本发明实施例提供的有限单元仿真的网格矩阵生成系统200的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参照图1，图1是本发明实施例提供的有限单元仿真的网格矩阵生成方法的步骤流程示意图，应用于使用有限单元法建模的声表面波器件的仿真过程，所述仿真方法包括以下步骤：
S1、获取所述声表面波器件的几何结构和材料信息。
具体的，本发明实施例中的所述几何结构包括电极厚度、金属化率、叉指周期、叉指根数等，所述材料信息包括电极、衬底、覆盖层等，一个完整的声表面波器件的结构示意图如图2所示，声表面波器件一般由多个叉指换能器通过压电层连接而成。
S2、根据所述材料信息的材料种类，为每一种材料构建基于多节点网格的不同尺寸的基础材料子单元，使用有限单元法计算不同尺寸的所述基础材料子单元对应的基础材料矩阵，以及对应所述基础材料矩阵的转换矩阵；其中，不同尺寸包括不同长度尺寸、不同宽度尺寸。
在基于有限元方法的声表面波器件的仿真过程中，由于力、电的耦合关系不同，构成叉指换能器以及压电层的每种材料对应的有限元矩阵也不同。在本发明实施例中，首先基于步骤S1获取的所述材料信息，针对每一种材料构建三个又多节点网格组成的基础材料子单元。
更进一步地，所述多节点网格为二维有限元网格，本发明实施例中以九节点的有限元网格为例进行说明，二维九节点有限元网格如图3所示，所述基础材料子单元包括第一基础材料子单元、第二基础材料子单元、第三基础材料子单元，长度尺寸分别为s1、s2、s3，宽度尺寸分别为h1、h2、h3。
更进一步地，定义所述第一基础材料子单元、所述第二基础材料子单元、所述第三基础材料子单元根据有限单元法计算得到的对应的所述基础材料矩阵分别为第一基础材料矩阵K1、第二基础材料矩阵K2、第三基础材料矩阵K3，所述转换矩阵包括第一转换矩阵A、第二转换矩阵B、第三转换矩阵C，所述基础材料子单元、所述基础材料矩阵、所述转换矩阵之间满足以下关系式（1）：
（1）；
在本发明实施例中，因为声表面波器件以压电效应为原理工作，根据力和电的耦合关系，在有限元方法中，每个节点包含3个不同方向的位移自由度和1个电势自由度，因此一个九节点有限元网格的自由度为36，其对应的有限元矩阵大小为36×36。
根据关系式（1），所述第一转换矩阵A、所述第二转换矩阵B、所述第三转换矩阵C满足以下关系式（2）：
（2）；
关系式（2）中，为克罗内克积运算。对应的，基于大小为36×36的有限元矩阵计算得到的所述第一转换矩阵A、所述第二转换矩阵B、所述第三转换矩阵C，其矩阵大小同样为36×36。
S3、根据所述几何结构的类型，将所述声表面波器件划分为多种基础结构子单元。
本发明实施例中的所述基础结构子单元根据声表面波器件的类型进行划分，示例性的，图4所示，图4是本发明实施例划分的基础结构子单元示意图，本发明实施例将一个电极及接触的一个叉指周期范围内的压电层划分为一个叉指子单元，没有电极只有压电层的区域划分为一个间隙子单元。
S4、使用有限单元法将所述基础结构子单元按照所述材料信息划分为有限个矩形网格，并获取每一所述矩形网格的尺寸。
在本发明实施例中，根据叉指子单元和间隙子单元的不同材料、不同位置、不同结构进行网格的划分，因此，最终得到的矩形网格的尺寸也会不同。
为便于说明，请参照图5，图5是本发明实施例提供的叉指子单元中矩形网格的示意图，图5中，1、2、3、4为叉指子单元的衬底部分从上到下的不同位置，由于声表面波器件的声表面波主要发生在表面，随着深度的增加，能量越来越小，因此叉指子单元中从1到4对应的网格尺寸逐渐变大；5、6为电极不在中心的结构，电极两侧的衬底宽度不同，对应的网格宽度也不同，在渐变式双模耦合声表面波器件中比较常见；8、9为一种层状复合结构的多层电极，10、12为不同材料和厚度的衬底层，因此，构成叉指子单元和间隙子单元的网格尺寸也各不相同。可以理解的是，图5中所标记的网格只是一种实施示例，并不用于限制本发明实施例中的有限单元仿真的网格矩阵生成方法的使用场景。
S5、根据所述转换矩阵分别计算不同尺寸的所述矩形网格的基础有限元矩阵。
更进一步地，步骤S5中，定义所述基础有限元矩阵为K，所述基础有限元矩阵K满足以下关系式（3）：
（3）；
关系式（3）中，s、h分别为所述矩形网格的长度尺寸、宽度尺寸。由于步骤S4子单元剖分的矩形网格尺寸大小不一，在已经计算得到一个网格的有限元矩阵的情况下，不能通过简单的复制操作来获得其余矩形网格的矩阵；但是，通过本发明实施例中的方法，在步骤S2构建的转换矩阵的基础上，根据关系式（3），只需要计算3×n（材料种类数）次的有限元矩阵即可，之后的层次级联的拼接过程中只有矩阵乘和加的运算，有效避免了减少了重复的计算有限元网格矩阵的操作，提高了仿真计算效率。
在一种可能的实施例方式中，声表面波器件的仿真模型中存在完美匹配层（PML），如图4中的结构4，完美匹配层是一种仿真时使用的理想化的材料，其作用是吸收从顶部散射下的声波，避免声波的反射，以便于减小仿真模型大小、加速计算，本发明实施例的所提供有限单元仿真的网格矩阵生成方法在计算不同尺寸的完美匹配层的网格的有限元矩阵时不需要单独计算其对应的转换矩阵A、B、C，这是因为完美匹配层是器件中某种材料在大阻尼下的特殊状态，只需要在该材料对应的转换矩阵A、B、C上进行一定的变化即可。因为完美匹配层与吸收声波方向上的厚度有关，因此完美匹配层的有限元矩阵KPML满足以下关系（4）：
（4）；
其中△s、△h分别是完美匹配层在所在的网格的长、宽方向的几何厚度。
需要说明的是，本发明实施例中的步骤S2-S5基于三个所述基础材料矩阵和对应的所述转换矩阵进行有限元矩阵的计算，是一种在计算量和计算精度之间权衡的最佳的实现方式，但转换矩阵的意义在于对原本的矩阵根据数学关系进行变化。应当认为，在本发明实施例的基础上，对构建的所述基础材料矩阵和所述转换矩阵的数量进行更改，使其数量更多或更少，或者是使用更高或更低的节点数量的有限元网格，从而提高有限元矩阵的精度、或减少计算量，是可以根据实际需要进行选择设置的。
S6、将所述基础有限元矩阵根据层次级联方法按照所述几何结构进行拼接，得到所述声表面波器件的整体器件矩阵，将所述整体器件矩阵作为仿真结果输出。
更进一步地，步骤S6包括以下子步骤：
S61、将所有所述基础有限元矩阵通过舒尔补运算消除内部自由度；
S62、根据所述几何结构的类型，将所述基础有限元矩阵根据层次级联方法进行拼接，得到对应所述基础结构子单元的区域器件矩阵，其中，使用舒尔补运算消除所述基础有限元矩阵拼接部分的自由度；
S63、根据所述声表面波器件的所述几何结构，将所述区域器件矩阵根据层次级联方法进行拼接，得到所述声表面波器件的所述整体器件矩阵，并将其输出，其中，使用舒尔补运算消除所述区域器件矩阵拼接部分的自由度。得到所述整体器件矩阵后，即完成了声表面波器件的仿真，可基于所述整体区间矩阵计算声表面波期器件的频率响应，如导纳等数据。
本发明所达到的有益效果，在于提出了一种在声表面波器件的仿真过程中利用不同尺寸的有限元网格之间的数学关系来快速计算获得单元矩阵的方法，相较于现有技术，本发明的方法能够针对不同材料的叉指换能器部分计算有限元矩阵，并根据材料的类型减少矩阵的计算量，在周期特征不明显、复杂层状、结构多变的声表面波器件的仿真中，能够显著提高仿真的计算效率。
本发明实施例还提供一种有限单元仿真的网格矩阵生成系统，请参照图6，图6是本发明实施例提供的有限单元仿真的网格矩阵生成系统200的结构示意图，所述网格矩阵生成系统应用于使用有限单元法建模的声表面波器件的仿真过程，所述网格矩阵生成系统包括：
仿真数据获取模块201，用于获取所述声表面波器件的几何结构和材料信息；
转换矩阵计算模块202，用于根据所述材料信息的种类，为每一种所述材料构建基于多节点网格的不同长度、宽度尺寸的基础材料子单元，使用有限单元法计算不同尺寸的所述基础材料子单元对应的基础材料矩阵，以及对应所述基础材料矩阵的转换矩阵；
分类模块203，用于根据所述几何结构的类型，将所述声表面波器件划分为多种基础结构子单元；
材料网格划分模块204，用于使用有限单元法将所述基础结构子单元按照所述材料信息划分为有限个矩形网格，并获取每一所述矩形网格的尺寸；
材料网格计算模块205，用于根据所述转换矩阵计算不同尺寸的所述矩形网格的基础有限元矩阵；
级联模块206，用于将所述基础有限元矩阵根据层次级联方法按照所述几何结构进行拼接，得到所述声表面波器件的整体器件矩阵，将所述整体器件矩阵作为仿真结果输出。
所述有限单元仿真的网格矩阵生成系统200能够实现如上述实施例中的有限单元仿真的网格矩阵生成方法中的步骤，且能实现同样的技术效果，参上述实施例中的描述，此处不再赘述。
本发明实施例还提供一种计算机设备，请参照图7，图7是本发明实施例提供的计算机设备的结构示意图，所述计算机设备300包括：存储器302、处理器301及存储在所述存储器302上并可在所述处理器301上运行的计算机程序。
所述处理器301调用所述存储器302存储的计算机程序，执行本发明实施例提供的有限单元仿真的网格矩阵生成方法中的步骤，请结合图1，具体包括以下步骤：
S1、获取所述声表面波器件的几何结构和材料信息。
S2、根据所述材料信息的种类，为每一种所述材料构建基于多节点网格的不同长度、宽度尺寸的基础材料子单元，使用有限单元法计算不同尺寸的所述基础材料子单元对应的基础材料矩阵，以及对应所述基础材料矩阵的转换矩阵。
更进一步地，所述多节点网格为二维有限元网格，所述基础材料子单元包括第一基础材料子单元、第二基础材料子单元、第三基础材料子单元，长度尺寸分别为s1、s2、s3，宽度尺寸分别为h1、h2、h3。
更进一步地，定义所述第一基础材料子单元、所述第二基础材料子单元、所述第三基础材料子单元根据有限单元法计算得到的对应的所述基础材料矩阵分别为第一基础材料矩阵K1、第二基础材料矩阵K2、第三基础材料矩阵K3，所述转换矩阵包括第一转换矩阵A、第二转换矩阵B、第三转换矩阵C，所述基础材料子单元、所述基础材料矩阵、所述转换矩阵之间满足以下关系式（1）：
（1）；
根据关系式（1），所述第一转换矩阵A、所述第二转换矩阵B、所述第三转换矩阵C满足以下关系式（2）：
（2）；
关系式（2）中，为克罗内克积运算。
S3、根据所述几何结构的类型，将所述声表面波器件划分为多种基础结构子单元。
S4、使用有限单元法将所述基础结构子单元按照所述材料信息划分为有限个矩形网格，并获取每一所述矩形网格的尺寸。
S5、根据所述转换矩阵分别计算不同尺寸的所述矩形网格的基础有限元矩阵。
更进一步地，步骤S5中，定义所述基础有限元矩阵为K，所述基础有限元矩阵K满足以下关系式（3）：
（3）；
关系式（3）中，s、h分别为所述矩形网格的长度尺寸、宽度尺寸。
S6、将所述基础有限元矩阵根据层次级联方法按照所述几何结构进行拼接，得到所述声表面波器件的整体器件矩阵，将所述整体器件矩阵作为仿真结果输出。
更进一步地，步骤S6包括以下子步骤：
S61、将所有所述基础有限元矩阵通过舒尔补运算消除内部自由度；
S62、根据所述几何结构的类型，将所述基础有限元矩阵根据层次级联方法进行拼接，得到对应所述基础结构子单元的区域器件矩阵，其中，使用舒尔补运算消除所述基础有限元矩阵拼接部分的自由度；
S63、根据所述声表面波器件的所述几何结构，将所述区域器件矩阵根据层次级联方法进行拼接，得到所述声表面波器件的所述整体器件矩阵，并将其输出，其中，使用舒尔补运算消除所述区域器件矩阵拼接部分的自由度。
本发明实施例提供的计算机设备300能够实现如上述实施例中的有限单元仿真的网格矩阵生成方法中的步骤，且能实现同样的技术效果，参上述实施例中的描述，此处不再赘述。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例提供的有限单元仿真的网格矩阵生成方法中的各个过程及步骤，且能实现相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存取存储器（Random AccessMemory，简称RAM）等。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质（如ROM/RAM、磁碟、光盘）中，包括若干指令用以使得一台终端（可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式用等同变化，均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种有限单元仿真的网格矩阵生成方法，应用于使用有限单元法建模的声表面波器件的仿真，其特征在于，所述网格矩阵生成方法包括以下步骤：
S1、获取所述声表面波器件的几何结构和材料信息；
S2、根据所述材料信息的材料种类，为每一种材料构建基于多节点网格的不同尺寸的基础材料子单元，使用有限单元法计算不同尺寸的所述基础材料子单元对应的基础材料矩阵，以及对应所述基础材料矩阵的转换矩阵；其中，不同尺寸包括不同长度尺寸、不同宽度尺寸；
S3、根据所述几何结构的类型，将所述声表面波器件划分为多种基础结构子单元；
S4、使用有限单元法将所述基础结构子单元按照所述材料信息划分为有限个矩形网格，并获取每一所述矩形网格的尺寸；
S5、根据所述转换矩阵分别计算不同尺寸的所述矩形网格的基础有限元矩阵；
S6、将所述基础有限元矩阵根据层次级联方法按照所述几何结构进行拼接，得到所述声表面波器件的整体器件矩阵，将所述整体器件矩阵作为生成结果输出；
其中，所述多节点网格为二维有限元网格，所述基础材料子单元包括第一基础材料子单元、第二基础材料子单元、第三基础材料子单元，长度尺寸分别为s1、s2、s3，宽度尺寸分别为h1、h2、h3；定义所述第一基础材料子单元、所述第二基础材料子单元、所述第三基础材料子单元根据有限单元法计算得到的对应的所述基础材料矩阵分别为第一基础材料矩阵K1、第二基础材料矩阵K2、第三基础材料矩阵K3，所述转换矩阵包括第一转换矩阵A、第二转换矩阵B、第三转换矩阵C，所述基础材料子单元、所述基础材料矩阵、所述转换矩阵之间满足以下关系式（1）：
（1）；
根据关系式（1），所述第一转换矩阵A、所述第二转换矩阵B、所述第三转换矩阵C满足以下关系式（2）：
（2）；
关系式（2）中，为克罗内克积运算；
步骤S5中，定义所述基础有限元矩阵为K，所述基础有限元矩阵K满足以下关系式（3）：
（3）；
关系式（3）中，s、h分别为所述矩形网格的长度、宽度。
2.如权利要求1所述的有限单元仿真的网格矩阵生成方法，其特征在于，步骤S6包括以下子步骤：
S61、将所有所述基础有限元矩阵通过舒尔补运算消除内部自由度；
S62、根据所述几何结构的类型，将所述基础有限元矩阵根据层次级联方法进行拼接，得到对应所述基础结构子单元的区域器件矩阵，其中，使用舒尔补运算消除所述基础有限元矩阵拼接部分的自由度；
S63、根据所述声表面波器件的所述几何结构，将所述区域器件矩阵根据层次级联方法进行拼接，得到所述声表面波器件的所述整体器件矩阵，并将其输出，其中，使用舒尔补运算消除所述区域器件矩阵拼接部分的自由度。
3.一种有限单元仿真的网格矩阵生成系统，应用于使用有限单元法建模的声表面波器件的仿真过程，其特征在于，所述网格矩阵生成系统包括：
仿真数据获取模块，用于获取所述声表面波器件的几何结构和材料信息；
转换矩阵计算模块，用于根据所述材料信息的材料种类，为每一种材料构建基于多节点网格的不同尺寸的基础材料子单元，使用有限单元法计算不同尺寸的所述基础材料子单元对应的基础材料矩阵，以及对应所述基础材料矩阵的转换矩阵；其中，不同尺寸包括不同长度尺寸、不同宽度尺寸；
分类模块，用于根据所述几何结构的类型，将所述声表面波器件划分为多种基础结构子单元；
材料网格划分模块，用于使用有限单元法将所述基础结构子单元按照所述材料信息划分为有限个矩形网格，并获取每一所述矩形网格的尺寸；
材料网格计算模块，用于根据所述转换矩阵分别计算不同尺寸的所述矩形网格的基础有限元矩阵；
级联模块，用于将所述基础有限元矩阵根据层次级联方法按照所述几何结构进行拼接，得到所述声表面波器件的整体器件矩阵，将所述整体器件矩阵作为生成结果输出；
其中，所述多节点网格为二维有限元网格，所述基础材料子单元包括第一基础材料子单元、第二基础材料子单元、第三基础材料子单元，长度尺寸分别为s1、s2、s3，宽度尺寸分别为h1、h2、h3；定义所述第一基础材料子单元、所述第二基础材料子单元、所述第三基础材料子单元根据有限单元法计算得到的对应的所述基础材料矩阵分别为第一基础材料矩阵K1、第二基础材料矩阵K2、第三基础材料矩阵K3，所述转换矩阵包括第一转换矩阵A、第二转换矩阵B、第三转换矩阵C，所述基础材料子单元、所述基础材料矩阵、所述转换矩阵之间满足以下关系式（1）：
（1）；
根据关系式（1），所述第一转换矩阵A、所述第二转换矩阵B、所述第三转换矩阵C满足以下关系式（2）：
（2）；
关系式（2）中，为克罗内克积运算；
所述材料网格计算模块执行时，定义所述基础有限元矩阵为K，所述基础有限元矩阵K满足以下关系式（3）：
（3）；
关系式（3）中，s、h分别为所述矩形网格的长度、宽度。
4.一种计算机设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-2中任意一项所述的有限单元仿真的网格矩阵生成方法中的步骤。
5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-2中任意一项所述的有限单元仿真的网格矩阵生成方法中的步骤。
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