[发明专利]一种点蚀损伤圆柱壳的四边形有限元网格自动生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种点蚀损伤圆柱壳有限元建模方法，更具体地说，本发明涉及一种可实现四边形网格划分，用于更精确分析圆柱壳的受局部损伤引起的应力集中、点蚀损伤演化和研究点蚀损伤影响结构承载力规律的圆柱壳模型参数化构建方法。

背景技术

桩基式平台的大部分腿柱工作在受海洋环境侵蚀的状态，特别在浪花飞溅区是平台结构受腐蚀损伤最为严重的区域。腐蚀会削弱构件的极限强度，局部损伤如点蚀和沟槽等对构件强度的影响较为复杂，通常为了处理方便，譬如研究结构的可靠性，将点蚀损伤等效为均匀腐蚀处理，然而这种等效并不准确，很难定义合适的等效厚度。平台腿柱为桩基式平台结构的主要传力构件，各类设计规范只能借助较为抽象的缺陷系数考虑各类初始缺陷的综合影响，其承载力受点坑损伤影响的规律还不明确，在受点蚀损伤影响的承载力研究方面还未见相关报道。因此，迫切需要深入研究含局部点蚀损伤的平台腿柱以及整体结构承载力的真实状况，以及时采取维修加固措施，确保平台的安全服役，最大限度地延长其使用寿命，获得最大的经济效益。

综合现有的点蚀损伤研究表明，点蚀损伤的研究存在两个困难，其一为缺乏权威的数学模型描述点蚀损伤，其二为缺乏点蚀损伤数学模型在有限元模型中的描述方法。圆柱壳有限元模型作为结构整体性能分析和构件分析的载体，由于损伤的细观尺度与结构的宏观尺度之间存在巨大差异，如何在同一有限元模型中实现不同尺度的物理模型的描述是问题的关键。这种差异给整体结构性能的研究带来了很大的障碍，因此，有必要提出一种在建模阶段就考虑网格划分的建模方法，实现考虑点蚀损伤描述的圆柱壳四边形网格划分，改善含局部损伤圆柱壳有限元模型网格划分质量，从而解决不同尺度物理模型的描述问题，提高仿真计算的求解精度和效率。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种点蚀损伤圆柱壳的四边形有限元网格自动生成方法，改善含局部损伤圆柱壳有限元模型网格划分质量，从而解决不同尺度物理模型的描述问题，提高仿真计算的求解精度和效率。

本发明采用的技术方案是包含下述步骤：

（1）在有限元软件中对点蚀损伤圆柱壳的关键几何尺寸进行参数化设定，关键几何尺寸包括：圆柱壳的中面半径R、壳体厚度t、圆柱壳长度L、点蚀损伤深度h、点蚀损伤直径d、点蚀影响区长度l=d/2、周向的点坑数目M、纵轴向的点坑层数N、端部完善区长度L₁；

（2）根据圆周方向的点坑数目M和圆柱壳的中面半径R，建立由M段等长圆弧组成的半径为R的圆，并将该分段的圆沿纵轴向拉伸成为分段的圆柱壳；将分段的圆柱壳沿纵轴向分割为长为L₁的端部完善区域标准段1、长为L₂=d+2l的点蚀区域标准段2、长为L₃=(L-2L₁-2d)/(N-1)-2d的点蚀间隔区标准段3；在点蚀区域L₂内，沿圆柱壳周向建立M个与圆柱壳正交的直径为d的圆柱体，各圆柱体正好处于点坑所在位置，且圆柱体的轴线均指向圆柱壳横截面中心；利用所述圆柱体的外表面分割构建的圆柱壳上与其正交的点蚀区，建立点蚀区标准段；

（3）以步骤（2）的标准分段为对象，利用拷贝和平移的方法构建整体点蚀损伤圆柱壳的几何模型；

（4）按点坑位置沿圆周向分割步骤（3）构建的圆柱壳几何模型；

（5）根据点坑位置及各分区的尺寸特征，对步骤（4）构建的圆柱壳几何模型各典型分区进行分组；

（6）根据步骤（5）的分组，设定各组对象的区域边界网格划分数目；

（7）利用映射划分整个点蚀圆柱壳的几何模型，生成四边形单元网格有限元模型。

本发明的优点如下：

1、能根据点蚀损伤的尺寸及其分布密度，将包含均匀分布点蚀损伤的圆柱壳划分为规则的四边形网格。

2、解决了宏观尺度结构中的细观点蚀损伤描述问题，提高了仿真计算的求解精度和求解效率。

附图说明

图1 是点蚀损伤圆柱壳的主视结构图以及圆柱壳的主要几何参数及建立模型的坐标系；