[发明专利]适用于锻造过程有限元分析的网格密度自动生成方法

权利要求书

1.一种适用于锻造过程有限元分析的网格密度自动生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1.1)锻件网格密度的表示及数值求解；

(1.2)根据锻件几何边界曲率生成网格密度；

(1.3)根据锻件几何特征生成网格密度；

(1.4)根据锻件内部场变量的梯度分布生成网格密度；

(1.5)根据密度窗口生成网格密度；

(1.6)根据划分单元的数目和各种密度的权重生成最后的网格密度。

2.根据权利要求1所述的适用于锻造过程有限元分析的网格密度自动生成方法，其特征在于：所述步骤(1.1)中的锻件网格密度采用拉普拉斯方程来表示，采用有限元技术求解锻件网格密度的数值解，锻件区域内任意一点的网格密度值通过该点所在单元节点上的密度值经插值得到，步骤(1.1)还包括以下步骤：

(2.1)锻件计算区域的离散化，在包含区域的最小矩形盒里，均匀划分栅格单元，去掉不在计算区域的栅格单元，即将锻件计算区域离散成矩形的计算单元，栅格单元节点上的密度值为待求的未知量；

(2.2)对栅格单元分析，得到栅格单元的刚度方程；

(2.3)将计算区域里所有格栅单元的刚度方程组装，得到锻件计算区域的整体刚度方程；

获得锻件计算区域的整体刚度方程后，结合后续的步骤确定和施加密度边界条件，求解该整体刚度方程，得到锻件计算区域内各栅格节点上的密度值。

3.根据权利要求1所述的适用于锻造过程有限元分析的网格密度自动生成方法，其特征在于：所述步骤(1.2)中根据锻件几何边界曲率生成网格密度包括以下步骤：

(3.1)采用相同的精度，将计算区域边界上的圆弧等曲线用直线段来表示，这样，计算区域边界就转换成首尾相连的直线段，其边界特征为多边形；

(3.2)将该特征多边形各边长度的倒数作为区域的边界密度大小，根据网格密度过渡要求，调整边界密度的最大值和最小值；

(3.3)在计算区域特征多边形每条边的中点处给出边界密度值，将该点的密度值施加到最近的栅格边界节点上，其余栅格边界节点上的密度值则通过线性插值来确定，这样密度边界条件就施加到栅格区域的边界节点上，然后，对整体刚度方程求解，可得到根据边界曲率生成的网格密度值。

4.根据权利要求1所述的适用于锻造过程有限元分析的网格密度自动生成方法，其特征在于：所述步骤(1.3)中根据锻件几何特征生成网格密度包括以下步骤：

(4.1)在计算区域内部划分正方形栅格单元，每个栅格单元看作是图像上的一个像素，采用图像处理技术识别出计算区域的中轴线；

(4.2)由中轴线上的各点引垂直于中轴线的垂线，计算垂线与计算区域的边界交点，根据厚度方向生成单元的数目，计算交点处的网格密度值；

(4.3)将计算得到的交点处网格密度值作为密度边界条件，施加到栅格边界节点上，求解整体刚度方程，得到适应于锻件几何特征生成的网格密度。

5.根据权利要求1所述的适用于锻造过程有限元分析的网格密度自动生成方法，其特征在于：所述步骤(1.4)中根据锻件场变量的梯度分布生成网格密度，当进行网格模型再划分时，包括以下步骤：

(5.1)根据变形过程中锻件网格模型场变量的梯度分布，计算锻件已畸变网格模型每个单元的场变量的估计误差值，用此误差值作为每个单元的相对网格密度值；

(5.2)采用面积加权方法，通过相邻单元的密度值计算旧网格模型上各节点的密度值；

(5.3)查找各栅格节点所在的旧网格单元，采用插值方法计算栅格节点处的密度值，根据场变量的梯度分布，确定栅格节点的最优网格密度。

6.根据权利要求1所述的适用于锻造过程有限元分析的网格密度自动生成方法，其特征在于：所述步骤(1.5)中根据密度窗口生成网格密度包括以下步骤：

(6.1)计算密度窗口与边界的交点位置，交点处的密度值等于窗口的密度值；

(6.2)将交点处的密度值作为边界条件施加到栅格边界节点上，求解整体刚度方程，得到各栅格节点上的密度值；

(6.3)将密度窗口内的密度值替换该窗口栅格节点上的密度值，这样根据密度窗口就可以得到区域各栅格节点上的密度值。

7.根据权利要求1所述的适用于锻造过程有限元分析的网格密度自动生成方法，其特征在于：所述步骤(1.6)中根据划分单元的数目和各种密度的权重生成最后的网格密度包括以下步骤：

(7.1)根据划分单元的数目，调用各栅格节点上的相对网格密度值；

(7.2)根据各网格密度值的权重，计算各栅格节点上的最后网格密度值。