船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)有限元模型檢查方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)有限元模型檢查方法，針對(duì)模型中的每一節(jié)點(diǎn)逐一做如下工作：1、每一節(jié)點(diǎn)為基節(jié)點(diǎn)，首先確定包含所述基節(jié)點(diǎn)的所有基本單元；2、將所有包含在所述基本單元內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)，分別逐一與所述基節(jié)點(diǎn)在模型所在坐標(biāo)下建立向量；3、每?jī)蓚€(gè)向量之間計(jì)算夾角；4、如果所計(jì)算的夾角≤15°，則檢查出所述基節(jié)點(diǎn)存在問(wèn)題。利用本發(fā)明的方法，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)軟件化，從而替代傳統(tǒng)人工逐一節(jié)點(diǎn)檢查的需要，利用計(jì)算機(jī)即可快速檢測(cè)出錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)。大大提高了船舶結(jié)構(gòu)有限元建模的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)精度。
【專利說(shuō)明】船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)有限元模型檢查方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及船舶或海洋工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的檢查技術(shù)，更具體地說(shuō)，涉及計(jì)算機(jī)基于有限元原理模型后針對(duì)模型的檢查方法。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶尺度大型化、船舶功能復(fù)雜化、國(guó)際公約規(guī)范更新速度加快、節(jié)能環(huán)保對(duì)船舶結(jié)構(gòu)提出更多要求等，都使有限元分析成為船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最重要的輔助手段。一些高附加值船型，如LNG船、LPG船、超大型集裝箱船，更是需要對(duì)全船建模進(jìn)行有限元分析。開展有限元分析工作時(shí)，有限元建模占據(jù)了 50%以上的工作時(shí)間，模型越龐大復(fù)雜，出現(xiàn)建模錯(cuò)誤的情況就越多，迫切需要通過(guò)技術(shù)手段，避免建模錯(cuò)誤對(duì)于分析結(jié)論的影響，提高模型檢查效率，快速、精準(zhǔn)、有效的檢查模型質(zhì)量。
[0003]有限元法是將整體結(jié)構(gòu)劃分為有限的多個(gè)單元進(jìn)行處理和運(yùn)算的一種通用計(jì)算方法。在船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)有限元模型中最常用的單元為bar單元和shell單元。Bar單元通常由2個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，用于模擬加強(qiáng)筋；Shell單元通常由4個(gè)節(jié)點(diǎn)組成或者3個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，用于模擬板。節(jié)點(diǎn)組成了單元，單元組成了整個(gè)模型，因此通過(guò)檢查單元和節(jié)點(diǎn)可以完成整個(gè)有限元模型的檢查工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明適用于船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)有限元模型的檢查工作，旨在提高船舶結(jié)構(gòu)有限元建模的效率和精度。主要針對(duì)模型中基本單元，如2個(gè)節(jié)點(diǎn)組成線、條狀單元或3-4個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的板單元經(jīng)行檢查，從而對(duì)大型船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)有限元模型在整體上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢查，提高設(shè)計(jì)效率和精度。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)有限元模型檢查方法。其基本要求是:模型已建立好，且每一節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)已確定。此時(shí)，針對(duì)模型中的每一節(jié)點(diǎn)逐一做如下檢查工作:
[0006]Stepl、每一節(jié)點(diǎn)為基節(jié)點(diǎn)，首先確定包含所述基節(jié)點(diǎn)的所有基本單元；
[0007]Step2、將所有包含在所述基本單元內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)，分別逐一與所述基節(jié)點(diǎn)在模型所在坐標(biāo)下建立向量；
[0008]Step3、每?jī)蓚€(gè)向量之間計(jì)算夾角；
[0009]Step4、如果所計(jì)算的夾角≤基本誤差角，則檢查出所述基節(jié)點(diǎn)存在問(wèn)題。
[0010]優(yōu)選方式下，所述基本誤差角為15°。因?yàn)橛邢拊碇?，一個(gè)有限元單元，不論是三角形還是四邊形，如果有一個(gè)角小于15°就認(rèn)為是畸變單元。取15°為判定標(biāo)準(zhǔn)不僅可以檢測(cè)Bar單元匹配問(wèn)題、Shell單元匹配問(wèn)題，還可以檢測(cè)到畸變單元和小角度裂縫單元。因此15°是本領(lǐng)域比較通用的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)然針對(duì)比較特殊的設(shè)計(jì)軟件或設(shè)計(jì)工具，其設(shè)定有可能變化，但這些變化均是基于相同原理的變化，應(yīng)屬等同方式。
[0011]本發(fā)明船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)有限元模型檢查技術(shù)，根據(jù)船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和有限元模型特點(diǎn)，歸納出與模型單元、節(jié)點(diǎn)連接相關(guān)的一般規(guī)律，使用本技術(shù)可判別出不符合此一般規(guī)律的模型錯(cuò)誤，從而進(jìn)行有限元模型檢查。
[0012]利用本發(fā)明的方法，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)軟件化，從而替代傳統(tǒng)人工逐一節(jié)點(diǎn)檢查的需要，利用計(jì)算機(jī)即可快速檢測(cè)出錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)。大大提高了船舶結(jié)構(gòu)有限元建模的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)精度。本發(fā)明使用本技術(shù)編制程序/軟件，實(shí)現(xiàn)通用商業(yè)有限元軟件不能實(shí)現(xiàn)的功能，專門針對(duì)船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物有限元模型進(jìn)行檢查，尤其在應(yīng)用于大型有限元模型檢查時(shí)，可以快速、精準(zhǔn)的挑出建模錯(cuò)誤，保證模型正確性，避免了肉眼檢查的低效率和不可靠性。本發(fā)明可應(yīng)用該技術(shù)在商業(yè)通用軟件平臺(tái)上進(jìn)行二次開發(fā)，以“工具按鈕”或“菜單”的形式內(nèi)嵌至商業(yè)通用軟件的交互界面，實(shí)現(xiàn)其本身不具備的系列功能。嵌入式模塊可采用商業(yè)通用軟件本身的二次開發(fā)語(yǔ)言編制，從而使該技術(shù)具有廣泛的適應(yīng)性和通用性。除了可以利用該技術(shù)在商業(yè)通用軟件平臺(tái)上做二次開發(fā)，從而利用商業(yè)通用軟件本身的圖形處理功能較方便的實(shí)現(xiàn)圖形交互外，還可編制獨(dú)立的模型檢查軟件，讀取和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)通過(guò)文本文件格式，只要以一定規(guī)則格式記錄的有限元模型數(shù)據(jù)，都可使用該程序檢查，具有較強(qiáng)的通用性。
[0013]本發(fā)明根據(jù)船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和有限元模型特點(diǎn)，歸納出與模型單元、節(jié)點(diǎn)連接相關(guān)的一般規(guī)律，使用本技術(shù)可判別出不符合此一般規(guī)律的模型錯(cuò)誤，從而進(jìn)行有限元模型檢查。 申請(qǐng)人:為驗(yàn)證技術(shù)的可行性和有效性，使用本技術(shù)編制了獨(dú)立程序，實(shí)現(xiàn)了通用商業(yè)有限元軟件不能實(shí)現(xiàn)的功能，專門針對(duì)船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物有限元模型進(jìn)行檢查，尤其在應(yīng)用于大型有限元模型檢查時(shí)，可以快速、精準(zhǔn)的挑出建模錯(cuò)誤，保證模型正確性，避免了肉眼檢查的低效率和不可靠性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中船舶結(jié)構(gòu)有限元建模后基本單元存在問(wèn)題的第一種形式，圖中示出了四邊形退化為三角形單元的情況；
[0015]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中船舶結(jié)構(gòu)有限元建模后基本單元存在問(wèn)題的第二種形式，圖中bar單元沒有破開，賦到不相鄰的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)上；
[0016]圖3是現(xiàn)有技術(shù)中船舶結(jié)構(gòu)有限元建模后基本單元存在問(wèn)題的第三種形式，圖中Shell單元的一條邊中出現(xiàn)了不屬于該單元的一個(gè)節(jié)點(diǎn)；
[0017]圖4是現(xiàn)有技術(shù)中船舶結(jié)構(gòu)有限元建模后基本單元存在問(wèn)題的第四種形式，圖中畸變單元檢查，單元邊的夾角小于15度。
[0018]圖5是現(xiàn)有技術(shù)中船舶結(jié)構(gòu)有限元建模后基本單元存在問(wèn)題的第五種形式，圖中小角度裂縫單元檢查，裂縫角度小于15度的裂縫單元；
[0019]圖6是一種有限兀建模的具體檢查實(shí)施例；
[0020]圖7是本發(fā)明檢查流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖7所示，本發(fā)明船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)有限元模型檢查方法，針對(duì)模型中的每一節(jié)點(diǎn)逐一做如下檢查工作，獲得檢查結(jié)果:
[0022]1、每一節(jié)點(diǎn)為基節(jié)點(diǎn)，首先確定包含所述基節(jié)點(diǎn)的所有基本單元；[0023]2、將所有包含在所述基本單元內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)，分別逐一與所述基節(jié)點(diǎn)在模型所在坐標(biāo)下建立向量；
[0024]3、每?jī)蓚€(gè)向量之間計(jì)算夾角；
[0025]4、如果所計(jì)算的夾角< 15°，則檢查出所述基節(jié)點(diǎn)存在問(wèn)題。
[0026]獲得檢查結(jié)果后，可以人為干預(yù)，處理問(wèn)題節(jié)點(diǎn)。也可進(jìn)一步針對(duì)各種情況設(shè)計(jì)專用的二次開發(fā)軟件實(shí)現(xiàn)處理，進(jìn)一步提高效率。
[0027]本發(fā)明上述方法，通過(guò)軟件化實(shí)現(xiàn)，主要可以檢查出的模型錯(cuò)誤有:
[0028](I)退化單元檢查(四邊形退化為三角形單元、三角形退化為線單元、線單元退化為點(diǎn)單元)，附圖1所示的是四邊形退化為三角形單元的情況。
[0029](2) Bar單元匹配檢查(bar單元沒有破開，賦到不相鄰的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)上)，如附圖2所
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[0030](3) Shell單元匹配檢查(單元的一條邊中出現(xiàn)了不屬于該單元的一個(gè)節(jié)點(diǎn))，如附圖3所示
[0031](4)畸變單元檢查(單元邊的夾角小于15度)，如附圖4所示
[0032](5)小角度裂縫單元檢查(裂縫角度小于15度的裂縫單元)，如附圖5所示
[0033]退化單元檢查的核心思想是:在消除完重復(fù)節(jié)點(diǎn)后，提取模型中所有的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息，循環(huán)檢查節(jié)點(diǎn)，若有節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)一致的點(diǎn)，認(rèn)為此點(diǎn)對(duì)應(yīng)的單元是退化單元，應(yīng)進(jìn)行修改。
[0034]Bar單元匹配檢查、Shell單元匹配檢查、畸變單元檢查和小角度裂縫單元檢查這四種模型錯(cuò)誤檢查的核心算法一致，下面以bar單元的匹配檢查這一例子來(lái)說(shuō)明。有限元模型如附圖6所示，3號(hào)單元由I號(hào)節(jié)點(diǎn)和5號(hào)節(jié)點(diǎn)組成，它屬于bar單元沒有破開，賦到不相鄰的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)上的情況:
[0035]a)輸入?yún)?shù)為有限元模型中單元信息和節(jié)點(diǎn)信息，即單元由哪些節(jié)點(diǎn)組成、節(jié)點(diǎn)編號(hào)以及節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值(X，y, Z)，具體參數(shù)如下表所示。由節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值可得到兩兩節(jié)點(diǎn)所組成的向量，如附圖6所示r12即從節(jié)點(diǎn)I到節(jié)點(diǎn)2的向量。
[0036]
【權(quán)利要求】
1.一種船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)有限元模型檢查方法，其特征在于，針對(duì)模型中的每一節(jié)點(diǎn)逐一做如下工作: 51、每一節(jié)點(diǎn)為基節(jié)點(diǎn)，首先確定包含所述基節(jié)點(diǎn)的所有基本單元； 52、將所有包含在所述基本單元內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)，分別逐一與所述基節(jié)點(diǎn)在模型所在坐標(biāo)下建立向量； 53、每?jī)蓚€(gè)向量之間計(jì)算夾角； 54、如果所計(jì)算的夾角<基本誤差角，則檢查出所述基節(jié)點(diǎn)存在問(wèn)題。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)有限元模型檢查方法，其特征在于，所述基本誤差角為15°。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103593490SQ201210295341
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月17日
【發(fā)明者】戴挺, 彭貴勝, 錢靜, 劉祥建, 趙一陽(yáng) 申請(qǐng)人:大連船舶重工集團(tuán)有限公司