發(fā)布時間：2020-11-12 03:25

　　 在CAD/CAE集成的船舶有限元建模過程中,需要基于幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。但對于形狀復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu),現(xiàn)有網(wǎng)格自動劃分程序生成的網(wǎng)格往往難以滿足質(zhì)量要求。尤其對于船舶這樣的多構(gòu)件復(fù)雜結(jié)構(gòu),由于在多個構(gòu)件相接位置通常存在短小的幾何邊,在網(wǎng)格劃分時往往會產(chǎn)生過短的單元邊,使得網(wǎng)格中出現(xiàn)細(xì)長和過小的單元。這些單元質(zhì)量不合格,將會嚴(yán)重影響有限元分析的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性,因此有限元網(wǎng)格的形態(tài)優(yōu)化成為一個必不可少的環(huán)節(jié)。為此,基于已有的邊折疊簡化方法,本文開發(fā)了一種新的考慮結(jié)構(gòu)特征權(quán)重的船舶有限元網(wǎng)格形態(tài)優(yōu)化算法。本文首先介紹了CAD/CAE集成的船舶有限元建模過程�；�于網(wǎng)格生成原則,并結(jié)合有限元分析需要滿足的網(wǎng)格質(zhì)量要求,本文探討了目前在網(wǎng)格劃分后存在的網(wǎng)格質(zhì)量缺陷,并提出了網(wǎng)格形態(tài)優(yōu)化的必要性。然后,本文針對船舶板架結(jié)構(gòu),基于邊折疊簡化方法,提出了新的考慮結(jié)構(gòu)特征權(quán)重的有限元網(wǎng)格形態(tài)優(yōu)化算法,以去除網(wǎng)格中質(zhì)量不合格的單元,從而改善網(wǎng)格質(zhì)量。算法在進(jìn)行邊折疊時考慮折疊后的單元形態(tài),優(yōu)先折疊最短的單元邊,避免細(xì)長和過小的單元出現(xiàn),保證網(wǎng)格單元的質(zhì)量。通過考慮網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)特征的權(quán)重,近似地量化節(jié)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)上的重要性。在此基礎(chǔ)上,比較單元邊兩端節(jié)點(diǎn)的權(quán)重大小以決定邊折疊的方向。在邊折疊時,優(yōu)先保留權(quán)重值更大的節(jié)點(diǎn),從而對模型上的重要結(jié)構(gòu)特征予以保留。通過優(yōu)先隊列法構(gòu)造邊折疊序列,保證了算法的高效和穩(wěn)定。本文用C++語言在NX平臺上實(shí)現(xiàn)了該算法,并以CAD/CAE集成平臺生成的船舶有限元網(wǎng)格模型為算例,對算法進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)算法優(yōu)化后的網(wǎng)格質(zhì)量得到了極大的改善,原始幾何模型的重要結(jié)構(gòu)特征得到了很好的保持,算法效率較高,可以滿足工程應(yīng)用的需要。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U662.9
【部分圖文】：

的邊界和加強(qiáng)筋，對船體結(jié)構(gòu)幾何模型的各類幾何約束進(jìn)行合理的簡各板間網(wǎng)格的協(xié)調(diào)性至關(guān)重要。小板簡化體中尺寸較小的板結(jié)構(gòu)在進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分時，易產(chǎn)生不滿足要求的此在對幾何模型進(jìn)行清理時，要刪除這些板結(jié)構(gòu)。一般通過最大邊長和的尺寸。肘板趾端簡化體設(shè)計中，為減小應(yīng)力集中，肘板趾端盡量做到平緩過渡，易造成細(xì)長的其端點(diǎn)都不在支撐結(jié)構(gòu)（此處支撐結(jié)構(gòu)是指肘板的連接面上的骨材和。而在有限元模型中為保證網(wǎng)格的連接性和避免細(xì)長畸形網(wǎng)格，需對肘化，將其終止點(diǎn)放置到支撐結(jié)構(gòu)處，使得端部網(wǎng)格滿足網(wǎng)格質(zhì)量要求。

倒圓的結(jié)構(gòu)相交的板件等。在網(wǎng)格劃分過程中網(wǎng)格邊界不能完全匹配幾何，需要將半徑太小的線倒圓進(jìn)行簡化，對線倒圓面的輪廓幾何進(jìn)行修改，圓角刪除，并將邊界線延伸至相交。）小孔簡化于船體結(jié)構(gòu)中尺寸很小的孔，往往對于結(jié)構(gòu)分析影響很小，一般需進(jìn)行一般小孔的尺寸一般通過孔的面積和最大尺寸界定。）腰圓孔等效了提高網(wǎng)格劃分的質(zhì)量，需要船舶幾何模型中常見的大量腰圓孔簡化為孔簡化的等效規(guī)則有兩種，一種是面積和長寬比保持一致等效，即孔中心不變，等效后的矩形面積和長寬比與原孔保持一致，另一種是最大長寬保，即孔中心點(diǎn)位置保持不變，等效后的矩形長寬與原孔長寬保持一致。

P 為約束線內(nèi)插入的節(jié)點(diǎn)，為次強(qiáng)約束點(diǎn)。圖2-4 點(diǎn)約束類型約束線就是約束點(diǎn)的連線。根據(jù)其兩端約束點(diǎn)的類型不同，約束線也可分為兩類，兩端點(diǎn)全為強(qiáng)約束點(diǎn)的約束線為強(qiáng)約束線，兩端點(diǎn)中有次強(qiáng)約束點(diǎn)的約束線為次強(qiáng)約束線。因?yàn)榧s束線通常為幾何邊界線或不同幾何結(jié)構(gòu)的交線，所以為了保證約束線處的有限元數(shù)值計算的精確度，一般對約束線處的網(wǎng)格形態(tài)質(zhì)量有較高的要求。由于各種幾何約束間可能出現(xiàn)相互干涉的情況，因而在進(jìn)行網(wǎng)格劃分前需要對各種幾何約束進(jìn)行簡化處理，集成平臺的幾何簡化步驟就是出于這種考慮。（1）合并約束點(diǎn)當(dāng)幾何結(jié)構(gòu)內(nèi)約束點(diǎn)相距太近，尤其是距離遠(yuǎn)小于預(yù)定單元邊長度時，劃分的單元大小將會遠(yuǎn)小于目標(biāo)單元大小
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2880171