[发明专利]一种结构局部区域双尺度有限元迭代分析方法及装置

说明书

本申请属于结构静强度设计技术领域，特别涉及一种结构局部区域双尺度有限元迭代分析方法及装置。该方法包括：获取整体结构有限元模型及局部区域有限元模型；对整体结构有限元模型进行线性静力分析，获得剖分界面处的节点位移和第一节点力；基于位移传递矩阵，确定局部区域有限元模型在剖分界面处的位移；对局部区域有限元模型进行非线性静力分析，获得节点力，进而确定整体结构有限元模型在剖分界面处的第二节点力；将两个节点力的差值施加于整体结构有限元模型，循环迭代，直至差值小于预设值。本申请一方面缩小了整体结构非线性分析的规模，另一方面通过整体与局部模型界面数据交互保证了双尺度模型的计算精度。

技术领域

本申请属于结构静强度设计技术领域，特别涉及一种结构局部区域双尺度有限元迭代分析方法及装置。

背景技术

对于大型整体结构，其工作状态通常为整体结构处于线弹性工作状态，而局部区域会发生非线性现象，例如弹塑性、屈曲或破坏等。为满足局部区域非线性分析精度，常规有限元分析方法通常建立整体结构精细化模型并对整体模型进行非线性求解，导致计算规模大、计算效率低，此外，当结构局部区域需要设计更改时，更改整体模型并进行精细化分析的做法效率低下，不利于分工协作。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种宏-细观双尺度有限元迭代分析计算方法，将整体结构模型宏观(粗网格)线性分析与局部细节模型细观(精细网格)非线性分析进行迭代耦合计算，给出了整体-局部模型双尺度有限元迭代分析计算步骤及整体-局部模型界面数据交互方法。

本申请第一方面，提供了一种结构局部区域双尺度有限元迭代分析方法，主要包括：

步骤S1、获取处于线弹性工作状态的整体结构有限元模型，以及该整体结构内发生非线性变化的局部区域有限元模型，确定所述整体结构有限元模型与所述局部区域有限元模型之间的剖分界面；

步骤S2、获取所述整体结构有限元模型基于给定边界条件和载荷的线性静力分析结果；

步骤S3、在所述线性静力分析结果中，提取所述剖分界面处的节点位移u_c和第一节点力f_c；

步骤S4、根据所述整体结构有限元模型与所述局部区域有限元模型在剖分界面处的位移传递矩阵，确定所述局部区域有限元模型在剖分界面处的位移u_f；

步骤S5、获取所述局部区域有限元模型基于位移u_f的非线性静力分析结果，确定所述局部区域有限元模型在剖分界面处的节点力f_f；

步骤S6、根据所述整体结构有限元模型与所述局部区域有限元模型在剖分界面处的力传递矩阵，确定所述整体结构有限元模型在剖分界面处的第二节点力f_d；

步骤S7、确定所述第一节点力f_c与所述第二节点力f_d的差值，将该差值施加于所述整体结构有限元模型，返回步骤S1，循环迭代，直至所述差值小于预设值。

优选的是，所述整体结构有限元模型为粗网格模型，所述局部区域有限元模型为相对于粗网格模型的精细化网格模型。

优选的是，所述整体结构有限元模型和局部区域有限元模型的剖分界面处的有限元网格设定为非匹配网格。

优选的是，所述位移传递矩阵通过插值函数构造，表示为：

H＝H(x_c,x_f)

其中，中x_c和x_f分别表示整体结构有限元模型边界节点坐标和局部区域有限元模型边界节点坐标。

优选的是，所述非匹配网格间的位移传递关系表示为u_f＝Hu_c。