[发明专利]一种弹性波数值仿真分析方法与系统

说明书

本发明还提供一种弹性波数值仿真分析方法与系统，系统包括边界定义、材料定义和绑定、网格生成和检查、求解器前处理、求解器求解、求解模型打开和保存、交错网格显示、结果显示和脚本处理模块。边界定义、材料定义和绑定、网格生成和检查、求解器前处理、求解器求解、求解模型打开和保存、交错网格显示、结果显示以上每一步操作均生成脚本并保存。本发明的一种弹性波数值仿真分析方法与系统，建立了任意形状组合结构、任意多个吸收边界条件、任意区域不均匀材料参数的通用求解器，并采用了有限差分法，能扩展弹性波在复杂结构健康检测监测的应用。

技术领域

本发明属于计算机仿真技术领域，涉及一种弹性波数值仿真分析方法与系统。

背景技术

复杂结构中的弹性波传播分析是解决结构健康检测监测的重要技术手段，对于包含吸收边界条件的任意形状的不均匀材料参数的结构中的弹性波传播问题，传统有限元法在建模速度和计算速度方面都面临挑战。

交错网格有限差分法作为研究弹性波传播的有效方法，由于不用构建大型刚度矩阵，在建模速度、并行求解效率方面都有较大优势。为了扩展弹性波在结构中的应用，亟待设计一种弹性波数值仿真分析方法与系统，以建立解决包括任意结构形状、任意多个吸收边界条件、任意区域不均匀材料参数的通用求解器，能恰好地任意形状组合结构中复杂的弹性波传播分析问题，比如土木工程中的方桩、管桩、桥梁桩-平台系统损伤识别评估分析，以及航空钢结构弹性波传播的损伤识别问题。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供一种弹性波数值仿真分析方法与系统，以有效地进行建模、求解和结果显示，本发明的方法适应任意结构形状、快速建模、快速求解和结果显示。

本发明的技术解决方案是：一种弹性波数值仿真分析方法，所述仿真分析方法包括以下步骤：

材料参数定义：材料参数包括：材料名称、拉梅常数(λ、μ、κ)、弹性模量E、泊松比υ、密度ρ、横波波速V_s、纵波波速V_p等参数。材料参数实现根据弹性模量E、泊松比υ、密度ρ计算拉梅常数(λ、μ、κ)、横波波速V_s、纵波波速V_p的功能。

分析边界定义：通过边界对象实现不同类型的边界，边界通过实现判断点是否在边界内和是否在边界上的功能，边界类型包括长方体、圆柱体、自定义边界、组边界、排斥边界等类型；边界组合是多个边界对象的集合；排斥边界包含2个边界对象，实现在一个边界内和不在另外一个边界内的功能。通过边界组对象实现不均匀材料的组合计算区域定义。

计算域边界组创建：创建多个边界对象并对每个边界对象进行材料参数绑定，创建能够适应任意形状计算区域的边界组。作为网格生成的参数输入。

交错网格定义：每个网格点采用6个整数索引标记：[i,j,k],[m,n,l]，其中[i,j,k]用来标记计算区域内部网格点，[m,n,l]用来标记边界网格点；对于均匀网格的网格点(x,y,z)：x＝x₀+iΔx/2,y＝y₀+jΔy/2,z＝z₀+kΔz/2,(x₀,y₀,z₀)起始坐标，Δx，Δy，Δz分别为网格步长；对于不均匀网格点(x_i，y_j，z_k)，分别为网格点[i,j,k]的坐标，x_i，y_j，z_k通过预先定义输入。每个网格点[i,j,k]存储6个方向(X+：[i+1,j,k]，X-：[i-1,j,k]，Y+：[i,j+1,k]，Y-：[i,j-1,k]，Z+：[i,j,k+1]，Z-：[i,j,k-1])的附近网格点坐标。