[发明专利]一种确定细长管路最大应力位移向量的快速分析方法

说明书

本发明公开了一种确定细长管路最大应力位移向量的快速分析方法，该方法相比现有商业软件需要几百次甚至几千次运算才能完成的分析任务，大幅度提升了工作效率，并且还具有自动生成平动位移空间中管路最大应力球形分布图、转动位移空间中管路最大应力球形分布图等可视化功能，有利于后续的分析。该方法的主要实施步骤为：1、建立细长管路的有限元分析模型；2、对细长管路有限元分析模型的自由端施加平动小位移载荷，另一端固支，获取管路最大应力下自由端的平动位移单位向量；3、对细长管路有限元分析模型的自由端施加转动小位移载荷，另一端固支，获取管路最大应力下自由端的转动位移单位向量。

技术领域

本发明属于数值计算技术领域，具体涉及一种确定细长管路最大应力位移向量的快速分析方法。

背景技术

在两端相对位移载荷不清楚的条件下，要想分析不同细长管路的力学环境适应性，则需要对细长管路两端在任意相对小位移下的应力进行分析。

为了覆盖所有可能的力学环境，任意相对小位移必须包括任意方向等幅值平动小位移载荷和任意方向等幅值转动小位移载荷。任意方向等幅值平动小位移轨迹及任意方向等幅值转动小位移轨迹在空间坐标系均表现为球形图，分别称为平动位移球形图及转动位移球形图。

平动位移球形图上任一点代表某一个平动小位移载荷，转动位移球形图上任一点代表某一个转动小位移载荷，若要分析平动位移球形图上均布的400个点的小位移载荷作用下管路的应力及转动位移球形图上均布的400个点的小位移载荷作用下管路的应力，目前的商业软件要手动分别建立400个平动小位移载荷的管路计算模型及400个转动小位移载荷的管路计算模型，然后再逐个计算模型分别计算，计算完最后还要对共800个计算结果逐个进行后处理，提取每个位移载荷所对应的管路最大应力，最后才能得到平动球面最大应力数据及转动球面最大应力数据。

由此可见，采用现有商用软件对细长管路两端在任意相对小位移下的应力进行分析时，计算量大，工作效率低下，同时容易出错，并且采用现有商用软件还无法直接实现最大应力位移向量的可视化。

发明内容

为了解决现有商业软件确定细长管路最大应力位移向量存在计算量大、工作效率低下并且无法直接实现可视化的问题。本发明提供了一种确定细长管路最大应力位移向量的快速分析方法。

本发明的具体技术方案是：

一种确定细长管路最大应力位移向量的快速分析方法，包括以下实施步骤：

步骤1：建立细长管路的有限元分析模型；

步骤2：对细长管路有限元分析模型的自由端施加平动小位移载荷，另一端固支，获取管路最大应力下自由端的平动位移单位向量；

步骤2.1：对细长管路自由端在X、Y、Z方向分别施加平动小位移载荷后获得应力结果文件；各应力结果文件包含细长管路有限元模型中各个单元积分点在模型坐标系下的应力张量；应力张量的单位通常为Pa或Mpa；

步骤2.2：求取应力张量S^x，S^y、S^z；

在应力结果文件中，提取模型中所有积分点处的应力张量，即S^x、S^y、S^z；

步骤2.3：调用matlab的sphere(n)函数生成球面模型；

所述球面模型包含n×n个面、(n+1)×(n+1)个点，其半径为1、球面模型的球心位于球面模型所处坐标系的原点位置；