[发明专利]一种三维有限元模型的建模方法

说明书

一种三维有限元模型的建模方法，针对类似电磁轨道炮、三相母线槽、电力电缆线路隧道这样的研究对象，具有平面对称结构特征物体为主体对象的三维实体，在建立有限元模型时，首先建立二维平面模型，再采用三角形网格进行有限单元划分，将二维有限元模型沿平面对称轴向方向进行分段拉伸，以三维实体中各主体对象所在不同位置决定分段拉伸起始点，并在拉伸过程中在轴向也进行网格划分，则当三维几何模型形成后，相应的三维有限元模型也同时生成，这样拉伸生成的有限元模型采用的是三棱柱网格，其网格质量优于常规方法采用的四面体网格，既节省了建模时间，又保证了网格质量，为电磁场数值计算三维有限元模型的建模方法提供一种全新的思路。

技术领域

本发明一种三维有限元模型的建模方法，涉及电磁场数值计算和电工理论技术领域。

背景技术

针对类似电磁轨道炮、三相母线槽、电力电缆线路隧道这样的研究对象，其三维实体特征是：均含有类似导轨、母线、电缆这种平面对称结构的实体；而电枢、线路支架又不是平面对称结构。在进行三维电磁场有限元数值计算时，首先要建立实体的三维几何模型和有限元模型，才能进行有限元方程数值求解。常规的建模方法是，根据对象的实体结构，直接建立三维几何模型，以电磁轨道炮为例，即分别建立导轨、电枢、空气包三维模型，再对整个三维模型进行有限元网格划分，不规则的三维体采用四面体网格自由剖分，这样的不规则结构造成网格质量无法保证。

发明内容

针对上述方法的不足，本发明提供一种三维有限元模型的建模方法，针对类似电磁轨道炮、三相母线槽、电力电缆线路隧道这样的研究对象，具有平面对称结构特征物体为主体对象的三维实体，在建立有限元模型时，首先建立二维平面模型，再采用三角形网格进行有限单元划分，将二维有限元模型沿平面对称轴向方向进行拉伸，并在拉伸过程中在轴向也进行网格划分，则当三维几何模型形成后，相应的三维有限元模型也同时生成，这样拉伸生成的有限元模型采用的是三棱柱网格，其网格质量优于常规方法采用的四面体网格。既节省了建模时间，又保证了网格质量，为电磁场数值计算三维有限元模型的建模方法提供一种全新的思路。

本发明采取的技术方案为：

一种三维有限元模型的建模方法，针对以具有平面对称结构特征物体为主体对象的三维实体，首先建立二维平面模型，进行有限元网格划分，再将二维有限元模型沿平面对称轴向方向，进行分段拉伸，分别以三维实体中其它非主体对象所在位置，决定分段拉伸起始点，且边拉伸边进行轴向网格划分；当拉伸指定的长度完成后，三维几何模型形成，相应的三维有限元模型也同时生成，无需再对三维实体模型重新进行网格划分。

一种三维有限元模型的建模方法，包括以下步骤：

步骤1：针对需要进行建模的三维实体对象，以三维实体中具有平面对称结构特征的主体对象为参考目标，建立含各部分元件的二维平面模型；

步骤2：对二维平面模型，采用三角形网格进行有限单元划分，生成二维有限元模型；

步骤3：沿平面对称轴向方向，对二维有限元模型进行分段拉伸，以三维实体中各主体对象所在不同位置决定分段拉伸起始点，边拉伸边进行轴向网格划分；

步骤4：按照三维实体的总长度，拉伸完成后，三维实体模型和对应的三维有限元模型已同时形成，有限元模型则由三棱柱网格构成，根据实体中不同对象的实际材料属性，对不同计算域的有限单元进行材料参数设置。

采用本发明一种三维有限元模型的建模方法，拉伸生成的有限元模型采用的是三棱柱网格，其网格质量优于常规方法采用的四面体网格，既节省了建模时间，又保证了网格质量。

采用本发明一种三维有限元模型的建模方法，无需再对三维实体模型重新进行网格划分，既节省了建模时间，又保证了较好的网格质量。

采用本发明一种三维有限元模型的建模方法，应用于以具有平面对称结构特征物体为主体对象的三维实体模型，比如电磁轨道炮、三相母线槽、或者电力电缆线路隧道的三维有限元模型建模。