[发明专利]三维Cohesive单元全局嵌入方法

权利要求书

1.一种三维Cohesive单元全局嵌入方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，采集裂纹信息，通过工程处理软件建立三维的有限元模型，进行网格剖分，并导入实体，处理后的文件保存为模型文件，并输出该模型文件；

S2，通过数据处理软件读取三维的模型文件，提取模型文件中的单元数据及节点数据，并将提取的数据保存为数据文件，并输出该数据文件；

S3，采用数据分析软件读取数据文件记作原始矩阵，原始矩阵通过矩阵分割获得单元矩阵和节点矩阵；分别对单元矩阵和节点矩阵进行处理，将各立体单元共用的节点及面区分开，分别得到扩展节点矩阵和重构单元矩阵；单元矩阵和重构单元矩阵的节点编号列组合，得到原面矩阵和重构面矩阵；

原面矩阵和重构面矩阵的构建方法为：

将单元矩阵3D_C3D8的第一列单元编号去除，建立节点编号矩阵C3D80，同时，去除重构单元矩阵Inp_3D_C3D8的单元编号，命名为C3D81；分别提取矩阵C3D80和矩阵C3D81的第一列、第二列、第三列、第四列建立新的矩阵C3D80_1和矩阵C3D81_1；分别提取矩阵C3D80和矩阵C3D81的第五列、第六列、第七列、第八列建立新的矩阵C3D80_2和矩阵C3D81_2；分别提取矩阵C3D80和矩阵C3D81的第一列、第二列、第六列、第五列建立新的矩阵C3D80_3和矩阵C3D81_3；分别提取矩阵C3D80和矩阵C3D81的第二列、第三列、第七列、第六列建立新的矩阵C3D80_4和矩阵C3D81_4；分别提取矩阵C3D80和矩阵C3D81的第三列、第四列、第八列、第七列建立新的矩阵C3D80_5和矩阵C3D81_5，分别提取矩阵C3D80和矩阵C3D81的第四列、第一列、第五列、第八列建立新的矩阵C3D80_6和矩阵C3D81_6；六个矩阵分别对应单元六个面的节点编号，将以上矩阵分别重新组合C3D80_S6＝[C3D80_1；C3D80_2；C3D80_3；C3D80_4；C3D80_5；C3D80_6]，C3D81_S6＝[C3D81_1；C3D81_2；C3D81_3；C3D81_4；C3D81_5；C3D81_6]，形成新的原面矩阵C3D80_S6和重构面矩阵C3D81_S6；

S4，根据原面矩阵获取各六面体单元共用的面，再根据重构面矩阵获得三维Cohesive矩阵；将扩展节点矩阵，重构单元矩阵以及三维Cohesive矩阵放入模型文件的对应位置替换原节点数据和单元数据，得到新模型文件；

查询共用面的位置的方式为：将原面矩阵中表示六面体单元各面的四列节点编号数字分别相加和相乘，之后再将获得的和与乘积以字符串进行组合，组合后将其重新转化为数字，定义为变量Product_Sum；利用unique函数查找Product_Sum中的单值，建立for循环，通过find函数寻找Product_Sum矩阵中不同变量的位置矩阵Sit_find，若位置矩阵长度为2，则其对应的单元共面，共用面为位置矩阵指示的面；

S5，工程处理软件读取新模型文件，得到全局嵌入三维Cohesive单元的模型，进行模拟分析。

2.根据权利要求1所述的三维Cohesive单元全局嵌入方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：

步骤S31，采用数据分析软件读取数据文件记作原始矩阵，区分原始矩阵的单元数据和节点数据，获得单元矩阵和节点矩阵；

步骤S32，对节点矩阵进行扩展，并对单元矩阵进行重新构建；对单元矩阵内的重复节点重新编号，生成重构单元矩阵，并且扩展节点矩阵包含重新编号的节点；根据原单元矩阵获取表示单元组成面的原面矩阵，根据重构单元矩阵获得表示重构单元组成面的重构面矩阵；

节点矩阵的扩展方式为：提取节点矩阵的第一列数据节点编号，将原节点编号扩展为多个不重复的扩展节点编号，使每个单元的节点独立存在，且扩展后的扩展节点对应的平面坐标值为原节点的平面坐标值。

3.根据权利要求2所述的三维Cohesive单元全局嵌入方法，其特征在于，所述步骤S31采用MATLAB软件作为数据分析软件，首先判定原始矩阵中的非数值元素，排除非数值元素的干扰，通过矩阵分割生成节点矩阵和单元矩阵。