[发明专利]一种有序提取结构轮廓的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种结构轮廓的提取方法，可用于在有限元分析的前处理和后处理中进行有序轮廓节点编号的提取。

背景技术

在对物体进行有限元分析中，为了表征物体整体或其某一部分在受载过程中的变形情况，尽管我们能够通过输出体积的方式来对其形状变化进行一个大致的了解，但是我们更希望能够用一种更加直观的方式来显示该物体或其某一部分的变化。这时，通常采用的方法是忽略其内部变形的变化，而通过其轮廓变化来体现其变形过程。因而有必要从有限元分析的结果数据中提取有效的单元和节点的几何信息来表征其形状的变化过程，即需要提取其轮廓节点编号。

例如在轮胎行业中，在对轮胎进行有限元三维受载分析时，通常会将轮胎划分为n个断面。在商业有限元软件中想要调取其某个断面或某个断面下的某种（或多种）材料的变形情况，在其中的操作通常是较繁冗的，操作量是巨大的。但是由于轮胎的轮廓形状对轮胎的性能起着决定性的重要作用，又不得不调取其多个不同位置的不同截面的轮廓来进行对比分析。因此为了达到简化操作、画面简洁的、提高工作效率的目的，就需要采用一种新的方法，快速的从有限元分析信息中提取某个截面或某种（或多种）材料的轮廓来表示其变形。

发明内容

本发明提供了一种简单易行的有序提取结构轮廓的方法。本发明采用计算机编程语言Python实现对结构轮廓有序的提取。有序提取是指得到的轮廓节点列表是按轮廓上的节点连接的顺序排列的，并由此方式得到的节点依次连接可以形成一个闭合的轮廓曲线。在此基础上，可将所提取到的轮廓几何信息输出到DXF文件，对轮廓进行进一步分析，实现对轮廓的参数化识别。

一种有序提取结构轮廓的方法，步骤如下：

第一步，读取文件，获取单元及节点信息：通过读取有限元前处理或后处理单元划分数据文件，从中获取需要进行轮廓提取部位所有单元的编号及与其相对应的节点序列中各节点的编号和几何信息；若节点序列中存在重复节点，删除多余的重复节点，保证节点列表中各节点仅出现一次；新建一个节点集合NS和一个单元集合ES，将所有需要的单元编号放入单元集合ES中，将单元所对应的节点列表中的节点放入节点集合NS中，并建立单元与其节点列表之间的对应关系；由于节点分属于多个不同的单元，在节点集合NS中会出现大量重复节点。

第二步，节点过滤，建立起始节点集合：在有限元分析的过程中，除去轮廓上的极少数节点之外，所有的节点均是由两个或两个以上单元共用；而在二维平面分析中，由于出现的单元多为四边形或三角形单元，因而在部件内部区域，都是由四个或者三个单元共用一个节点；根据这个判断理论，通过对节点列表NS中各节点重复出现的次数进行判断，过滤掉一些内部节点，方便实现对轮廓的生成；进行过滤判断的准则为节点的重复次数；建立节点集合S3和S1用于分别存储重复出现次数小于等于3次的节点和仅重复出现一次的节点编号；对NS中的节点进行过滤判断，将其中重复出现次数小于等于3次的节点编号放入集合S3中，将仅重复出现1次的节点放入节点集合S1中，集合S1中的节点必然位于轮廓上。

第三步，选取轮廓起始节点N0：为了得到完整而有序的轮廓节点顺序，需要在节点编号集合S3的基础上，对其进行有效的取舍，生成一条完整的轮廓曲线；首先将生成轮廓边界上的单元集合，将所指定区域的单元所对应的节点列表同集合S3作重复性对比，若某个单元的节点列表中重复的节点数量至少为2，将其单元编号放入一个有效单元集合ES1中；从S3中选取一个节点作为轮廓曲线起始节点N0，选择的规则为N0在集合S3中重复的次数为2次；同时令当前节点N1与起始节点N0相同，建立集合LS用于存储有序的轮廓节点，并将N1加入到有序轮廓节点集合LS中。

第四步，确定当前单元和下一轮廓节点，进行循环求解有序轮廓节点：通过与新形成的单元集合ES1进行比对，若N1从属于两个不同单元则随机选取一个单元作为当前单元，若仅属于一个单元则令此单元为当前单元，同时将此单元从单元集合ES1中删除；将当前单元所包含的节点集合与集合S3进行节点重复性比对，在排除当前轮廓节点之后，得到一个重复节点集合，并将此集合中所有的节点从集合S3中删除；若此时此重复节点集合中仅余一个节点，则令此节点为结束节点N2，将N2按顺序加入轮廓节点集合LS中；若还有两个节点，则表明此单元中有一个节点仅属于此单元且此节点属于集合S1，通过与其对比判断可得到此单元在轮廓上的中间过渡节点N3（此节点位于集合S1中）和结束节点N2，并将N3从集合NS1中删除，将N3和N2依次加入有序轮廓节点集合LS中。