[发明专利]基于表面单元的面载荷处理方法及装置

说明书

本发明提供了一种基于表面单元的面载荷处理方法及装置，包括在作用有面载荷的实体单元上建立表面单元；根据预设规则，生成表面单元与面载荷的关联关系；根据上述关联关系确定表面单元的预设模型；根据预设模型确定结点数；根据预设模型和结点数生成前处理数据；对前处理数据进行求解得到总体代数方程；对总体代数方程进行求解，得到结点位移以便根据结点位移计算对应的应力应变场，其利用表面单元进行载荷处理，能够带来以下好处：1、循环所有表面单元即可完成对面载荷的处理，简化了对面载荷的处理过程；2、所有不同类型的实体单元可以共用一种或少数几种表面单元完成边界条件的处理，实现表面单元功能代码复用，降低计算程序的维护开发成本。

技术领域

本发明涉及面载荷处理领域，具体而言，涉及基于表面单元的面载荷处理方法及装置。

背景技术

有限元仿真广泛应用于工业设计领域，如机械、能源、航空航天等。不同类型的单元(Elements)是有限元程序计算的核心组件，它用来描述一个微小空间区域内的物理特性和几何特性，并且将不同类型的载荷化简为计算需要的代数方程的系数。单元是实现应力应变场、电磁场、温度场等物理场计算的基础。

对于三维空间结构的计算主要通过三维实体单元(如四面体单元，六面体单元，棱柱单元等)和板壳单元来实现。实体单元的面载荷可以是压强、温度、电势以及电流密度等。计算过程中需要将这些面载荷转化为等效的结点载荷，最终都将等效的结点载荷转化为总体代数方程的右端项。

传统有限元仿真计算流程中，对单元面载荷的处理是放在单元内部进行处理的，有限元前处理程序需要指定面载荷作用在某个单元的第几个面上，在计算过程中单元需要根据不同的面载荷类型和不同的面的形状，实现不同的计算功能。由于面载荷可能有多种复杂情况，面载荷的处理是单元功能实现中较为繁琐的部分。其中，面载荷的复杂情况包括：根据面载荷作用范围的不同，面载荷可以分为面内载荷和面外载荷。根据面载荷大小的空间分布不同，又可以分为均布载荷和非均布载荷。并且如果单元表面的形状不同(例如三角形、四边形)，对实体单元的计算方法也不相同。

发明人在研究中发现，现有技术中对不同类型的面载荷在一个单元内进行差异化处理给单元计算带来许多麻烦。一个是存储载荷信息既要存储载荷作用的单元号又要存储载荷作用的面序号，计算过程中需要根据这些信息查找所需要的几何信息，计算和查找过程比较麻烦，容易出错。另一方面，不同几何形状的单元(如四面体单元，六面体单元，棱柱单元等)的面载荷处理程序有许多重复的部分却不能复用，增大了程序代码维护的难度。

发明内容

本发明的目的在于提供基于表面单元的面载荷处理方法及装置，能够简化对面载荷进行处理的过程，并且实现代码了的复用，极大了降低了计算程序的维护开发成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于表面单元的面载荷处理方法，包括：

在离散化处理得到的作用有面载荷的实体单元上建立表面单元；

根据预设规则，生成表面单元与面载荷的关联关系；

根据表面单元与面载荷的关联关系，确定表面单元的预设模型；

根据预设模型，确定结点表面单元的结点数；

根据表面单元的预设模型和结点数，生成前处理数据；

根据预设的约束条件，对前处理数据进行求解，得到总体代数方程；

对总体代数方程进行求解，得到结点位移，以便后续根据结点位移计算实体单元对应的应力应变场。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，在离散化处理得到的作用有面载荷的实体单元上建立表面单元，包括：

确定离散化处理得到的作用有面载荷的实体单元的预设类型；