[发明专利]一种基于卫星板壳结构的有限元自动化建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有限元自动化建模方法，特别是一种基于卫星板壳结构的有限元自动化建模方法，属于航空航天技术领域。

背景技术

航天器的设计广泛采用有限元分析技术，进行结构静、动力学特性的分析。航天器有限元分析过程总体分为三步：前处理、有限元计算、后处理。当前有限元计算和后处理技术发展较好，而以有限元网格自动划分为主要特征有限元建模技术却很薄弱，完整的有限元分析过程中，建模的耗费约占50％的时间，对分析人员而言，有限元建模不仅需要具备多学科的知识，而且需要具备对实际项目进行分析知识和经验。发展基于CAD三维设计模型的有限元自动建模技术，才能充分发挥有限元分析技术在航天器设计中的应用。具体来讲以基于CAD三维设计模型为基础进行有限元自动建模的优势如下：

1)可充分利用已完成的航天器结构设计信息，提高有限元建模的效率

2)实现基于统一数据源的航天器结构建模及分析

3)实现CAD/CAE一体化融合以及各个模块儿的优势互补

4)避免重复性的有限元建模、缩短航天器研发周期

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，为克服有限元分析过程中，建模效率低，建模流程不规范、知识集成和自动化水平低等缺陷，针对卫星板壳结构的特点，提供了一种有限元分析前处理工作的自动化建模方法。

本发明采用的技术方案是：一种基于卫星板壳结构的有限元自动化建模方法，包括如下步骤：

(1)模型导入；

自动建模系统是针对已经处理好的三维设计模型，用户首先建立模型映射信息文件并将其放在工作路径之中；之后启动Patran软件，指定已设置好的工作路径，文件名称；最后输入所要分析的三维设计模型的位置及名称。提交这些信息之后系统会自动完成模型导入工作。

所述的自动建模系统是针对卫星板壳结构的特点，以国内航天领域的主流有限元建模软件MSC.Patran为平台，采用PCL(Patran Command Language)语言编程开发的有限元自动建模程序，该系统已经被整合到了MSC.Patran软件之中。

所述的三维设计模型是指采用CATIA、UG、Pro/E、Sol idWorks等三维建模软件所设计好的三维CAD数字模型。

所述的模型映射信息文件是指用户根据所要分析的产品给出的一个文本文件，该文件包含了产品各个零件名称、材料类型、厚度、非结构质量等信息以及这些信息之间的相互映射关系。

(2)模型编辑；

因为卫星结构大部分都是板壳结构，所以对于3D模型需要转化为2D模型。模型编辑包括抽取中面和模型质量检查。

所述的抽取中面是指在3D模型基础上，通过程序自动抽取模型的中面，消除模型厚度，进而生成保留了原来连接/装配信息的2D模型。模型质量检查是对于生成的2D模型进行检查确认，修复存在的几何缺陷。

(3)网格划分；

在2D模型基础上，首先设置网格类型以及网格大小控制参数，提交之后系统会自动完成2D网格划分。

(4)材料/单元属性设置

根据模型映射信息文件中的材料类型信息，程序自动完成相应的材料模型建立；之后根据文件中的厚度、非结构质量以及零件名称的相互映射信息，程序会自行完成单元属性设置以及单元属性的赋予工作。

所述的材料模型建立，是指程序根据提供的材料类型调用之前开发系统时所预先设定好的常用材料模型库中材料模型，这些材料模型已经预先指定了相应的材料参数值，用户只需根据需要稍加修改即可。

所述的单元属性设置，是指建立相应的单元类型名称，指定相应的材料模型，设置单元厚度，指定非结构质量等一系列操纵。

所述的单元属性赋予，是指将设定好的单元类型按照映射信息指定给对应的零件模型。

(5)载荷/边界/初始条件设置。

这部分工作根据分析问题的类型不同会有不同的情况，比如，静力学分析需要进行载荷设置；碰撞问题分析需要进行边界/初始条件设置；自由模态分析就不需要进行载荷/边界/初始条件设置。

(6)提交分析计算

完成有限元建模前处理工作之后，就可以根据分析类型调用相应的Nastran求解器进行分析计算。

所述的步骤(1)到步骤(6)可以在用户监督之下，由程序一键式地自动完成；也可以在系统的提示下以人机交互的方式逐步进行，这时用户只需要根据提示完成一些简单的信息输入和确认，其他繁杂的工作将交由程序自动完成。