考虑结构特征权重的船舶有限元网格形态优化算法研究

发布时间：2020-11-12 03:25

　　 在CAD/CAE集成的船舶有限元建模过程中,需要基于几何模型进行网格划分。但对于形状复杂的几何结构,现有网格自动划分程序生成的网格往往难以满足质量要求。尤其对于船舶这样的多构件复杂结构,由于在多个构件相接位置通常存在短小的几何边,在网格划分时往往会产生过短的单元边,使得网格中出现细长和过小的单元。这些单元质量不合格,将会严重影响有限元分析的准确性和稳定性,因此有限元网格的形态优化成为一个必不可少的环节。为此,基于已有的边折叠简化方法,本文开发了一种新的考虑结构特征权重的船舶有限元网格形态优化算法。本文首先介绍了CAD/CAE集成的船舶有限元建模过程。基于网格生成原则,并结合有限元分析需要满足的网格质量要求,本文探讨了目前在网格划分后存在的网格质量缺陷,并提出了网格形态优化的必要性。然后,本文针对船舶板架结构,基于边折叠简化方法,提出了新的考虑结构特征权重的有限元网格形态优化算法,以去除网格中质量不合格的单元,从而改善网格质量。算法在进行边折叠时考虑折叠后的单元形态,优先折叠最短的单元边,避免细长和过小的单元出现,保证网格单元的质量。通过考虑网格节点关联结构特征的权重,近似地量化节点在结构上的重要性。在此基础上,比较单元边两端节点的权重大小以决定边折叠的方向。在边折叠时,优先保留权重值更大的节点,从而对模型上的重要结构特征予以保留。通过优先队列法构造边折叠序列,保证了算法的高效和稳定。本文用C++语言在NX平台上实现了该算法,并以CAD/CAE集成平台生成的船舶有限元网格模型为算例,对算法进行验证。实验结果表明,经算法优化后的网格质量得到了极大的改善,原始几何模型的重要结构特征得到了很好的保持,算法效率较高,可以满足工程应用的需要。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U662.9
【部分图文】：

的边界和加强筋，对船体结构几何模型的各类几何约束进行合理的简各板间网格的协调性至关重要。小板简化体中尺寸较小的板结构在进行有限元网格划分时，易产生不满足要求的此在对几何模型进行清理时，要删除这些板结构。一般通过最大边长和的尺寸。肘板趾端简化体设计中，为减小应力集中，肘板趾端尽量做到平缓过渡，易造成细长的其端点都不在支撑结构（此处支撑结构是指肘板的连接面上的骨材和。而在有限元模型中为保证网格的连接性和避免细长畸形网格，需对肘化，将其终止点放置到支撑结构处，使得端部网格满足网格质量要求。

倒圆的结构相交的板件等。在网格划分过程中网格边界不能完全匹配几何，需要将半径太小的线倒圆进行简化，对线倒圆面的轮廓几何进行修改，圆角删除，并将边界线延伸至相交。）小孔简化于船体结构中尺寸很小的孔，往往对于结构分析影响很小，一般需进行一般小孔的尺寸一般通过孔的面积和最大尺寸界定。）腰圆孔等效了提高网格划分的质量，需要船舶几何模型中常见的大量腰圆孔简化为孔简化的等效规则有两种，一种是面积和长宽比保持一致等效，即孔中心不变，等效后的矩形面积和长宽比与原孔保持一致，另一种是最大长宽保，即孔中心点位置保持不变，等效后的矩形长宽与原孔长宽保持一致。

P 为约束线内插入的节点，为次强约束点。图2-4 点约束类型约束线就是约束点的连线。根据其两端约束点的类型不同，约束线也可分为两类，两端点全为强约束点的约束线为强约束线，两端点中有次强约束点的约束线为次强约束线。因为约束线通常为几何边界线或不同几何结构的交线，所以为了保证约束线处的有限元数值计算的精确度，一般对约束线处的网格形态质量有较高的要求。由于各种几何约束间可能出现相互干涉的情况，因而在进行网格划分前需要对各种几何约束进行简化处理，集成平台的几何简化步骤就是出于这种考虑。（1）合并约束点当几何结构内约束点相距太近，尤其是距离远小于预定单元边长度时，划分的单元大小将会远小于目标单元大小
【参考文献】

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本文编号：2880171