[发明专利]用于弹性元件的自由型面网格布局及有限元分析方法、系统及介质

说明书

本发明公开了一种用于弹性元件的自由型面网格布局及有限元分析方法、系统及介质，本发明方法步骤包括获取弹性元件的截面及自由型面；在自由型面确定最低点并以最低点为基准进行分段；根据分段结果确定并获取多个基础控制点；从基础控制点向弹性元件本体方向延伸出基础控制线，通过基础控制线将截面上位于自由型面内侧的面域切割为多个闭合或不闭合的子面域；将子面域分别进行四面体网格布局形成全截面网格布局；根据全截面网格布局获取弹性元件的整体网格布局。本发明能够快速、有效对带有细部结构的定位节点全截面进行网格布局，其形成的网格本身具有更好的超大变形能力，抗网格畸变特性好，使得分析计算能够快速、有效的、准确地顺利完成。

技术领域

本发明涉及弹性元件的有限元分析的网格布局技术，具体涉及一种用于弹性元件的自由型面网格布局及有限元分析方法、系统及介质，可适用于针对包括高速动车组用的定位节点、牵引节点、电机节点、自由型面褶皱以及发泡材料的超弹特性和自由型面网格变形接触的普通球铰类产品等在内的各类具有大载荷、高承载工况的各类弹性元件的网格布局及有限元分析。

背景技术

随着现代轨道交通的飞速发展，高速动车组越来越收到各国的重视，在世界范围内大力发展。高速动车组的速度等级也越来越高，已有400km/h、600km/h在研发试验。速度等级的提升意味着列车动力学特性的极大改变，其抗冲击载荷、抗疲劳特性、减振降噪要求也相应越来越高。高速动车组用定位节点因其可以适应超大变形、超高承载，具有优异的减振降噪性能和实用性，被广泛应用于各个类型高速动车组。

定位节点在设计制造过程中，一个重要的议题就是超大变形、高承载工况下橡胶自由面的设计及分析。橡胶自由面设计的优劣，直接关系到产品的变形能力、承载能力及抗疲劳可靠性。优良的橡胶自由面可以极大程度上提高产品变形能力、承载能力及抗疲劳性能，但要获得一个优良的橡胶自由型面，往往需要通过多轮的分析优化，目前都是采用有限元分析技术对其进行分析。但在利用有限元分析技术对定位节点橡胶自由型面进行分析、优化时，往往因为橡胶层超大变形、高承载工况下，橡胶自由型面褶皱以及橡胶材料的超弹特性和橡胶自由型面网格变形和接触，导致分析无法收敛进而计算失败。通过研究发现，橡胶自由面采用不同的网格划方法时，其分析的收敛性和分析精度大相径庭，不适当的网格划分方法导致无法进行准确的、多轮的优化分析，甚至一轮分析都难以进行。

而且，上述技术问题也普遍存在于不限于定位节点、不限于高速动车组的各类大冲击载荷、高疲劳寿命要求的弹性元件的自由型面超大变形、褶皱、大量接触的工况有限元分析，因此，如何在大冲击载荷、高疲劳寿命要求下如何确保弹性元件的自由型面超大变形、褶皱、大量接触的工况有限元分析的顺利进行，已经成为一项亟待关键的关键技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种用于弹性元件的自由型面网格布局及有限元分析方法、系统及介质，本发明能够快速、有效对带有细部结构的定位节点全截面进行网格布局，其形成的网格本身具有更好的超大变形能力；在超大变形分析过程中具有更好的抗网格畸变的特性；特别在大变形条件下橡胶自由面发生褶皱后，具有有利于接触的特性；从而使得分析计算能够快速、有效的、准确地顺利完成；并且分析过程不易发生应力应变突变和不均匀，有效保证和提高单轮分析精度以及多轮分析的一致性，同时显著提升分析计算效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于弹性元件的自由型面网格布局方法，实施步骤包括：

1）获取弹性元件的截面及自由型面；

2）在截面的自由型面确定并获取最低点，将自由型面以最低点为基准进行分段；

3）根据分段结果确定并获取多个基础控制点；

4）从基础控制点向弹性元件本体方向延伸出基础控制线，从而通过基础控制线将截面上位于自由型面内侧的面域切割为多个闭合或不闭合的子面域；