[发明专利]一种随机缩松缺陷对铸件力学性能影响的数值分析方法

摘要

本发明涉及一种随机缩松缺陷对铸件力学性能影响的数值分析方法，对传统的随机格型模型(lattice model)进行了改进，通过三个步骤构建了一个产生任意随机缩松单元的算法，使其能够描述缩松独特的随机“云态”聚集分布和随机“散点”分布相结合的特性。本发明能够生成一组任意二维随机缩松缺陷的数值样本(样本的数量用户可指定)，生成的样本能够实现缩松的面积、形状、位置以均为随机。这些随机样本可进一步用于缩松缺陷对铸件有效力学行为(例如弹性模量、应力集中系数等)影响等方面的统计分析，以获得随机缩松缺陷对铸件有效力学性能的定量影响。本发明涉及有限元分析、铸造缺陷评估和工程力学等专业领域。

主权项

1.一种随机缩松缺陷对铸件力学性能影响的数值分析方法，其特征在于步骤如下：步骤1：在需要测试铸件剖面任意部位选定随机矩形m×n格型单元，作为缩松缺陷的“包络区域”R，其中m为行数，n为列数，这里m,n为通过随机数发生器产生的一个随机整数；步骤2：在“包络区域”R中进行构造随机形态的缩松缺陷计算，定义一个当前行号变量j，并赋予初始值为j＝1，即第一行；过程如下：a、首先对m×n格型单元进行编号，从第1行开始，采用随机数发生器产生一个随机整数ε，在该行上选择第ε个单元，即R(j,ε)，作为该行的缺陷起始单元，所述ε<n；b、获取缺陷起始单元在当前行中的列位置，以列号k表示；然后，用随机数发生器再产生一个随机整数β，使得β在区间[0,n‑k]上随机取值，所述β为0和n‑k之间的一个任意随机整数；c、依次选择缺陷起始单元R(j,ε)之后的β个连续单元作为该行的缩松缺陷单元；若β＝n‑k，则表示该行的缩松缺陷单元一直延续到行末；d、判断当前行是否等于m，如果否，则将行号加1并更新为当前行号即j＝j+1；重复执行步骤a～d，直至当前行号达到m结束循环；步骤3：将步骤2计算的含有缩松缺陷单元的矩形缩松区域R(m,n)随机嵌入离散后的铸件剖面G(a,a)，以描述缩松位置的随机性，得到一个含随机缩松缺陷的数值区域铸件；离散方法为：将需要离散的部件部位G离散成是a×a个与步骤1中大小相等的格型单元，而且a>m,a>n；嵌入方法为：首先在G(a,a)格型单元中随机选择一个用于定位单元的二维数组A(u,v)，将矩形区域R(m,n)最左下角的起始单元R(1,1)赋给定位单元A(u,v)上所在的单元，即单元号修改为A(u,v)＝R(1,1)；为了不使矩形区域R(m,n)溢出到离散区域G(a,a)之外，定位单元的位置在行号为a‑m+1，列号为a‑n+1的可行区域；所述u,v代表一个单元所对应的列号和行号，数组中的u,v均是采用随机数发生器产生的整数。