[发明专利]一种身管结构有限元参数化建模方法

说明书

本发明提供了一种身管结构有限元参数化建模方法，包括以下步骤：通过有限元软件建立直圆柱身管三维几何模型；对几何模型划分有限元网格；有限元CAE软件自动生成的一个执行日志文件文件，将该文件名后缀.rpy改为Python脚本程序文件.py，形成Python脚本语言，并将身管结构参数使用变量代替，以实现参数化建模；导出直圆柱身管有限元模型的Inp文件；利用Python语言读取Inp文件中包含的沿身管轴线每一层单元的节点坐标，形成身管有限元网格模型；更新Inp，并导入到商用有限元CAE软件中，即生成身管有限元网格模型。

技术领域

本发明涉及一种计算机仿真技术，特别是一种身管结构有限元参数化建模方法。

背景技术

身管是提供火炮内弹道过程的基础部件，承受极高的火药气体压力。弹丸发射过程中，火药燃烧瞬间产生大量高温、高压气体推动弹丸沿身管轴线方向运动，在此过程中，弹丸与身管膛线发生相互挤压，弹带材料经历高瞬态大变形，摩擦等过程。弹丸在膛内运动是一个高度非线性问题。研究弹丸膛内起始运动过程，对于研究弹丸运动规律有着重要意义。随着科学技术的发展，有限元方法逐渐成为研究该类问题主流方法。在有限元模型中，身管有限元网格的构造和网格精度对仿真计算结果的准确性尤为重要。

膛线身管的内膛结构复杂，受载恶劣。使用有限元分析方法时，要对身管膛线几何实体离散化。一般身管具有多根膛线，膛线的截面几何尺寸相对于身管口径较小，且绕身管轴线螺旋旋转，影响身管有限元网格的建立和优良单元的划分。

在有限元分析技术领域，前处理建模所占用的整个分析时间的60％以上，常规建模技术手段为根据设计图纸在三维建模软件中建立简化后的身管几何模型，然后导入到前处理软件中，进行网格划分，最后将划分好后的网格模型导入到有限元软件中进行仿真计算。各个软件之间数据的相互导入，不仅导致操作繁琐，而且容易导致数据丢失，且花费时间较长，网格模型精度较差。此外，在前处理进行身管网格划分时，由于身管结构的复杂性，划分的网格质量并不是很好。

发明内容

本发明提供一种身管结构有限元参数化建模方法，通过二次开发可以实现对身管药室、坡膛结构和导向部以及身管外部轮廓进行快速、精确参数化建模。

实现本发明目的的技术方案为：一种身管结构有限元参数化建模方法，包括以下步骤：

步骤1，通过有限元软件建立直圆柱身管三维几何模型；

步骤2，对几何模型划分有限元网格；

步骤3，有限元CAE软件自动生成的一个执行日志文件文件，将该文件名后缀.rpy改为Python脚本程序文件.py，形成Python脚本语言，并将身管结构参数使用变量代替，以实现参数化建模；

步骤4，导出直圆柱身管有限元模型的Inp文件；

步骤5，利用Python语言读取Inp文件中包含的沿身管轴线每一层单元的节点坐标，形成身管有限元网格模型；

步骤6，更新Inp，并导入到商用有限元CAE软件中，即生成身管有限元网格模型。

采用上述方法，步骤5的具体过程为：

步骤5.1，利用身管每一层单元的前后端面节点的z方向坐标相同，定位到膛线起始部单元，将靠近炮尾方向的端面节点作为源面节点，另一端面节点作为终面节点；

步骤5.2，将源面节点作为不动点，终面节点作为偏移节点，源面节点到终面节点为身管轴向方向；

步骤5.3，对一节点(x,y)根据身管缠度和膛线形式进行任意角度旋转偏移得到新坐标(x',y')

步骤5.4，下一层单元的节点偏移在上一层的单元基础上重复以上操作既可以完成全身管节点偏移，形成身管有限元网格模型。