一种夹芯结构的有限元模型快速建模方法及模块与流程

本申请属于电数据处理，特别涉及夹芯结构的有限元模型快速建模方法及模块。

背景技术：

1、对于复合材料夹芯结构，为了更好的模拟物理结构，在建立有限元模型时，需要将夹芯层建为三维模型，夹芯层的斜削区是建模难点，需要在边界处建立五面体单元，且对单元方向有一定的要求，在拐角处建立四面体单元。对于以上建模工作，常规的操作流程是，先由内表面网格sweep生成体网格，通过切分命令修改边界单元生成需要的斜削区，如果人工操作只能一个单元一个单元修改，工作量巨大。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本申请提供了一种夹芯结构的有限元模型快速建模方法，步骤s1：由二维网格面拉伸得到具有六面体单元组成的三维模型，二维网格面的每个矩形网格拉伸得到一个六面体单元；

2、步骤s2：获取二维网格面的边界节点集合，以边界节点集合中顺序第一个边界节点为查找节点；

3、步骤s3：查找出符合预设方向条件的所述查找节点对应的六面体单元，当查找出的六面体单元为两个时，判断符合预设方向条件的六面体单元，将该六面体单元进行第一类操作，当查找出的六面体单元为一个时，对该六面体单元进行第二类操作；

4、步骤s4：删除边界节点集合查找节点，并将边界节点集合中下一顺位的边界节点作为查找节点，跳转至步骤s2，直至边界节点集合为空集。

5、步骤s5：输出操作后的三维模型。

6、在一些可选实施方式中，第一类操作包括将六面体单元操作为五面体单元。

7、在一些可选实施方式中，第二类操作包括五面体单元操作为四面体单元。

8、在一些可选实施方式中，步骤s3中判断查找出的六面体单元方法包括：

9、将查找节点作为节点g1、将节点g1相邻的位于二维网格面上的非边界节点作为节点g2，将节点g2在拉伸方向的节点作为g3；

10、计算节点g1指向节点g2向量与节点g2指向节点g3向量叉乘得到的方向向量，

11、当节点g1、节点g2、节点g3沿所述方向向量指向具有节点时，查找出的六面体单元为两个，当节点g1、节点g2、节点g3沿所述方向向量指向无节点时，查找出的六面体单元为一个。

12、在一些可选实施方式中，判断符合预设方向条件的六面体单元方法包括：将节点g1、节点g2、节点g3沿所述方向向量指向的节点分别设为节点g4、节点g5、节点g6；

13、节点g1、节点g2、节点g3、节点g4、节点g5、节点g6所在的六面体单元为符合预设方向条件的六面体单元。

14、在一些可选实施方式中，第一类操作包括：将节点g1、节点g2、节点g3、节点g4、节点g5、节点g6生成五面体。

15、在一些可选实施方式中，第二类操作包括：将上一查找节点生成的五面体去处节点g6，通过节点g1、节点g2、节点g3、节点g4、节点g5生成四面体。

16、结合图2-图3所示：图中实节点h1g4h1g1(h2g4)h2g1为表面单元的边界节点，其中实心节点h1g1(h2g4)为查找边界点，以查找点作为五面体单元的节点g1，即取查找边界点h2g4为节点g1，紧跟查找边界点的另一个节点h2g3则为第二个节点g2，该六面体单元节点位置加4得到的节点h2g7为第三个节点g3，当节点g1、节点g2、节点g3沿所述方向向量指向具有节点时，查找出的六面体单元为两个，即通过查找边界点h2g4可以找到与之相连的两个六面体h1，h2；

17、计算节点g1指向节点g2向量与节点g2指向节点g3向量叉乘得到的方向向量，将节点g1、节点g2、节点g3沿所述方向向量指向的节点分别设为节点g4、节点g5、节点g6；六面体单元底面的另一个边界点h2g1为则为五面体单元的第四个节点g4，底面节点中剩余的最后一个节点h2g2为五面体单元的第五个节点g5，该节点位置加4得到的节点h2g6为五面体单元的第6个节点g6，将节点g1、节点g2、节点g3、节点g4、节点g5、节点g6生成五面体，至此，完成了由六面体单元向五面体单元的转换。六面体单元底面节点中的另一个边界点h2g1为下一个查找节点。

18、一种夹芯结构的有限元模型快速建模模块，包括：

19、初始模型构建模块：用于生成三维模型，三维模型由二维网格面拉伸得到，三维模型具有六面体单元，二维网格面的每个矩形网格拉伸得到一个六面体单元；

20、查找节点模块：用于获取二维网格面的边界节点集合，以边界节点集合中顺序第一个边界节点为查找节点；

21、操作模块：用于查找出符合预设方向条件的所述查找节点对应的六面体单元，当查找出的六面体单元为两个时，判断符合预设方向条件的六面体单元，将该六面体单元进行第一类操作，当查找出的六面体单元为一个时，对该六面体单元进行第二类操作；

22、跳转模块：用于删除边界节点集合查找节点，并将边界节点集合中下一顺位的边界节点作为查找节点，输入至操作模块，直至边界节点集合为空集；

23、输出模块：输出操作后的三维模型。

24、在一些可选实施方式中，还包括：判断模块：

25、节点标签生成单元：将查找节点作为节点g1、将节点g1相邻的位于二维网格面上的非边界节点作为节点g2，将节点g2在拉伸方向的节点作为g3；

26、计算单元：用于计算节点g1指向节点g2向量与节点g2指向节点g3向量叉乘得到的方向向量，

27、判断单元：当节点g1、节点g2、节点g3沿所述方向向量指向具有节点时，输出查找出的六面体单元为两个，当节点g1、节点g2、节点g3沿所述方向向量指向无节点时，输出查找出的六面体单元为一个。

28、在一些可选实施方式中，判断模块：还包括：

29、节点标签生成单元：用于将节点g1、节点g2、节点g3沿所述方向向量指向的节点分别设为节点g4、节点g5、节点g6；

30、判断单元：判断节点g1、节点g2、节点g3、节点g4、节点g5、节点g6所在的六面体单元为符合预设方向条件的六面体单元。

31、在一些可选实施方式中，五面体生成单元，用于将节点g1、节点g2、节点g3、节点g4、节点g5、节点g6生成五面体。

32、在一些可选实施方式中，四面体生成单元：用于将上一查找节点生成的五面体去处节点g6，通过节点g1、节点g2、节点g3、节点g4、节点g5生成四面体。

33、本申请的优点包括：采用方法以及模块可提高复合材料夹芯结构有限元模型的建模效率，大大降低了工作复杂程度。由于斜削区建立后能直接保证单元方向的一致性，对后续各性异性材料的添加建立了良好的基础。

技术特征：

1.一种夹芯结构的有限元模型快速建模方法，其特征在于：

2.如权利要求1所述的夹芯结构的有限元模型快速建模方法，其特征在于，第一类操作包括将六面体单元操作为五面体单元。

3.如权利要求2所述的夹芯结构的有限元模型快速建模方法，其特征在于，第二类操作包括五面体单元操作为四面体单元。

4.如权利要求3所述的夹芯结构的有限元模型快速建模方法，其特征在于，步骤s3中判断查找出的六面体单元方法包括：

5.如权利要求4所述的夹芯结构的有限元模型快速建模方法，其特征在于，判断符合预设方向条件的六面体单元方法包括：将节点g1、节点g2、节点g3沿所述方向向量指向的节点分别设为节点g4、节点g5、节点g6；

6.如权利要求5所述的夹芯结构的有限元模型快速建模方法，其特征在于，第一类操作包括：将节点g1、节点g2、节点g3、节点g4、节点g5、节点g6生成五面体。

7.如权利要求5所述的夹芯结构的有限元模型快速建模方法，其特征在于，第二类操作包括：将上一查找节点生成的五面体去处节点g6，通过节点g1、节点g2、节点g3、节点g4、节点g5生成四面体。

8.一种夹芯结构的有限元模型快速建模模块，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的夹芯结构的有限元模型快速建模模块，其特征在于，还包括：判断模块：

10.如权利要求9所述的夹芯结构的有限元模型快速建模方法，其特征在于，

11.如权利要求5所述的夹芯结构的有限元模型快速建模方法，其特征在于，五面体生成单元，用于将节点g1、节点g2、节点g3、节点g4、节点g5、节点g6生成五面体。

12.如权利要求5所述的夹芯结构的有限元模型快速建模方法，其特征在于，四面体生成单元：用于将上一查找节点生成的五面体去处节点g6，通过节点g1、节点g2、节点g3、节点g4、节点g5生成四面体。

技术总结
本申请属于电数据处理技术领域，特别涉及夹芯结构的有限元模型快速建模方法及模块，包括：由二维网格面拉伸得到具有六面体单元组成的三维模型，二维网格面的每个矩形网格拉伸得到一个六面体单元；获取二维网格面的边界节点集合，以边界节点集合中顺序第一个边界节点为查找节点；查找出符合预设方向条件的所述查找节点对应的六面体单元，当查找出的六面体单元为两个时，判断符合预设方向条件的六面体单元，将该六面体单元进行第一类操作，当查找出的六面体单元为一个时，对该六面体单元进行第二类操作；删除边界节点集合查找节点，并将边界节点集合中下一顺位的边界节点作为查找节点，直至边界节点集合为空集。输出操作后的三维模型。

技术研发人员：任鹏凯,高小青
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/4/10