[发明专利]一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法

说明书

本发明公开了一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法，步骤包括：生成样本数据文件；构建理想圆形表面的几何模型和网格模型；创建理想圆形表面有限元网格生成脚本文件；创建样本数据数组；获取理想圆形表面网格模型中的所有节点；依次逐个更新所有节点的z向坐标；获得圆形表面的微观有限元网格模型。本发明在对轮廓仪实测数据进行合理抽样，设置合适的参数后，即可自动构建圆形表面的微观有限元网格模型，能有效提高建模效率、分析不同参数对微观有限元网格模型的影响。

技术领域

本发明涉及接触界面传热数值仿真分析领域，具体来说，涉及一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法。

背景技术

低温风洞内，结构零部件之间存在着多种几何外形、多种尺寸大小的接触界面。接触界面极大提高了该处的接触热阻，严重影响着结构的传热性能。因此，低温结构的热力学分析势必要考虑零部件之间的接触界面传热。接触界面的传热模拟一直是国内外学者的研究热点之一，主要难点在于高精度接触热阻的获取。为获取接触界面的接触热阻，以往一般通过试验进行测量，或直接选用经验值。试验测量不仅需要花费大量的时间，而且成本高昂；直接选用经验值则无法保证热力学分析结果的可靠性和准确性。因此，开展数值仿真方法研究成为获取高精度接触热阻的热门途径。研究表明接触界面存在大量的微细凸起，使得接触界面传热过程中实际接触面积远小于名义接触面积，因此接触界面的精细模拟成为接触传热数值仿真分析的关键和难点之一。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于实测数据的圆形表面微观有限元网格生成方法，包括以下步骤：

S1、生成样本数据文件：利用加工表面的对称性，从轮廓仪实测数据中提取一半数据并进行倒序处理，分析数据的周期性并获得一个周期内的平均数据量n₀；对所提取的一半数据进行抽样并形成样本数据文件；

S2、构建理想圆形表面的几何模型和网格模型：在通用有限元软件UI界面依次输入关键参数，构建理想圆形表面的几何模型和网格模型，关键参数包括：圆形表面的圆心(x₀，y₀)和半径r，网格模型的单元边长l，其中网格模型的单元边长l为可变关键参数；

S3、创建理想圆形表面有限元网格生成脚本文件：提取圆形表面几何模型和网格模型构建过程中产生的命令流，把可变关键参数l设置为变量，并用变量替换命令流中关键参数对应的常值，获得参数驱动的理想圆形表面有限元网格生成脚本文件；

S4、创建样本数据数组:在步骤S3创建的脚本文件中，编程实现步骤S1中样本数据文件的读取，并创建样本数据数组；

S5、获取理想圆形表面网格模型中的所有节点:在步骤S4更新后的脚本文件中，编程构建虚拟长方体，使得理想圆形表面网格模型的所有节点均被包含在内，并实现所有节点的获取；

S6、依次逐个更新所有节点的z向坐标:在步骤S5更新后的脚本文件中，编程实现逐个提取所有节点的坐标(x_i,y_i)，计算节点与圆心(x₀，y₀)的距离d_i，计算d_i/l并对其进行取整，把取整后所得的数值视为步骤S4所创建数组的序列号，提取该序列号所对应的数据z_i并替换节点的初始z向坐标；

S7、获得圆形表面的微观有限元网格模型。

进一步地，在步骤S1中，轮廓仪实测数据为圆形表面各测点微观高度值z_i。