Método de análisis de elementos finitos y aparato de análisis de elementos finitos
Descripción general
 Forma modelo, independientemente del tipo de datos de forma dada se genera, el proceso de los datos de forma de entrada a la salida de los resultados del análisis para ser capaz de procesamiento por lotes, y el colapso de los elementos de la malla durante el análisis excesiva Cuando se convirtió, la redistribución de malla se realiza sin recurrir a la operación manual para que se puedan obtener resultados de análisis altamente precisos. ] Archivo de datos CAD 10, el archivo de datos de medición 11, los datos de la forma dada tienen la forma de cada uno de archivo de datos de malla 12, se almacena temporalmente en un archivo de datos de forma 3 se lee a la unidad de procesamiento aritmético 1, el atributo de coordenadas Y lo almacena en el archivo de datos de nubes de puntos 2. Lee los datos de punto de enturbiamiento a la unidad de procesamiento aritmético 1 genera un modelo de la forma de cada punto se aproxima por la superficie curva libre o línea curva libre, la división generada forma de malla modelo, Co. mediante el elemento de malla obtenida Realizar análisis
Campo técnico
La presente invención se refiere a un método de análisis de elementos finitos y el sistema de análisis de elemento finito utilizado para los diversos análisis, más particularmente, un método de análisis de elementos finitos y el sistema de análisis de elemento finito utilizado para el análisis de los fenómenos que implican objeto de análisis de grandes deformaciones .
Antecedentes de la técnica
FEM (método de elementos finitos), el análisis estructural de las diversas estructuras, no sólo el análisis de vibración, el análisis de conducción de calor, una técnica potente que permite el análisis de los diversos fenómenos que ocurren análisis del líquido o similares, en condiciones complicadas , Es ampliamente utilizado en muchos campos industriales.
El análisis por método de elementos finitos divide el objeto de análisis en las mallas, la cepa se produce en cada elemento de la malla, un cambio en la cantidad física de la tensión o similar, una restricción predeterminado se calcula mediante el análisis de las condiciones tales como un externos fuerza actúa Repita el procedimiento. Esta operación es complicada, incluida la operación de la matriz que requiere una gran cantidad de cálculos, pero en los últimos años, se han desarrollado varios programas de acuerdo con el propósito del análisis, y al usar estos, es relativamente fácil Para que el análisis de elementos finitos pueda llevarse a cabo.
Además, cuando la aplicación de un análisis de elementos finitos, es necesario dividir el objeto de análisis en la malla, en los últimos años, el método de Delaunay (Delaunay) o similar, se han establecido varios métodos para automatizar el mallado, cuando se da el modelo de forma correspondiente al objeto de análisis, el modelo de la forma, el aparato de análisis de elemento triangular, finito provisto de una generación de la malla medios para automáticamente mesh dividido en elementos de una forma predeterminada, como una tetraédrica se han puesto en uso práctico .
Además, en los últimos años, cuando se dan los datos de forma del objeto de análisis, que significa para la generación de un modelo de la forma para engranar con los datos de forma se han puesto en uso práctico, en particular, CAD (Computer Aided Design) un medio de generación modelo de forma de los datos de forma de destino por el dispositivo de análisis de elementos finitos que comprende con los medios de generación de malla antes mencionados están marcadas como capaz realizar fácilmente análisis estructural o análisis de vibraciones de diversas estructuras por combinación con CAD Lo ha hecho.
Tarea de solución
Sin embargo, los datos de forma de la estructura a análisis de elementos finitos, los datos de forma obtenidos por la medición de la forma del objeto de análisis utilizando un dispositivo de medición en tres dimensiones, tales como los datos de forma dispuestos en un estado dividido en una malla, el CAD podría ser dada por diferentes formas y datos de la forma obtenidos como salida, para la manipulación, incluyendo los datos de forma de estos, es necesario preparar un medio de generación de modelos para generar un modelo de la forma de cada uno de los datos de forma a la otra , Lo que complica la configuración del sistema de análisis.
Por otra parte, una de las principales aplicaciones del análisis de elementos finitos, es el análisis de la deformación y la tensión en la estructura durante el trabajo plástico, en este caso, la malla generada utilizando un modelo de forma en una etapa antes de procesar el análisis colapso aumenta con el progreso de, hay un problema que los elementos con una forma extremadamente irregular en forma se produce análisis, posterior precisión análisis es no sólo reduce en gran medida, lo que interfiere con la continuación del análisis de riesgos Incluso lo tuve.
Con el fin de resolver tal problema, el general convencional, el colapso de cada elemento que se produce durante el análisis analista para supervisar y temporalmente interrumpir el análisis en el momento se produce la gran colapsado, según la forma en el momento El análisis se reanuda después de la división de la malla. Sin embargo en este caso, con el fin de realizar la interrupción y re-división de la determinación de analista análisis de mallas, hay una desventaja de que se produce una diferencia en los resultados del análisis de acuerdo con la calidad de esta determinación, malla también subdividido análisis manual Existe el problema de forzar una gran carga de trabajo a una persona.
La presente invención se ha realizado en vista de tales circunstancias, el modelo de forma independientemente del tipo de datos de forma dada se genera mediante la ejecución de las subsiguientes operaciones de mallado y análisis del resultado del análisis de los datos de forma de entrada Cuando el colapso de los elementos en la malla se vuelve excesivo durante la ejecución del análisis, la malla se subdivide sin depender de las manos, y los resultados de análisis de alta precisión Y un aparato de análisis de elementos finitos que puede obtener un método de análisis de elementos finitos.
Solución
método de análisis de elementos finitos de acuerdo con la presente invención, en base a los datos de la geometría propuesta para generar un modelo de forma de un objeto de análisis, entonces el modelo de forma generada deformación de cada elemento de la malla resultante por división de malla Y convertir los datos de forma en datos de grupos de puntos expresados ​​como valores de coordenadas, aproximando los datos del grupo de puntos con una superficie de forma libre o una curva libre para obtener la forma Y genera un modelo.
El aparato de análisis de elementos finitos de acuerdo con la presente invención, en base a los datos de la geometría propuesta para generar un modelo de forma de un objeto de análisis, a continuación, la deformación de cada elemento de la malla obtuvo el modelo de la forma generada por la división de malla en un aparato de análisis de elementos finitos para el análisis del cambio de estado del objeto de análisis con la conversión de datos de forma medios para convertir los datos de forma en los datos del grupo punto expresados ​​como un valor de coordenadas, los datos de nubes de puntos obtenidos de forma libre de superficie o Y la generación del modelo significa generar el modelo de forma aproximándolo por una curva libre.
Además, la comparación de medios para comparar el colapso se produce a cada elemento de la malla a un valor admisible predeterminado con la deformación, el resultado de esta comparación, cuando se derrumbó más de se ha producido el valor permisible, incluyendo colapsar la Y medios para retroalimentar los datos de forma de la malla a los medios de conversión de datos de forma.
En la presente invención, una malla, que incluya datos de CAD como una combinación de los datos de superficie curvadas, los datos de medición del objeto de análisis, dado como un conjunto de valores de las posiciones de medición de cada coordenada, y los valores de los elementos de la estructura y el vértice de coordenadas datos, etc., cuando se da diversos datos de la forma que muestra la forma del objeto de análisis, que, una vez convertidos en datos nube de puntos incluyendo un gran número de puntos, representado como un coordenadas tridimensionales o bidimensionales, el punto Genere un modelo de forma aproximando los datos del grupo por superficie libre o curva libre, divida este modelo de forma en mallas y ejecute el análisis.
Por ejemplo, la conversión de datos CAD a datos de nubes de puntos se realiza tomando una pluralidad de puntos en un gran número de caras definidas por datos CAD y especificando los valores de coordenadas de estos puntos. La conversión de los datos de medición y los datos de malla a punto de datos en la nube, como con el uso de los valores de las coordenadas de los vértices de los puntos de medición o elementos, teniendo uno o más puntos en una superficie curvada incluyendo estos puntos, estos valores de coordenadas .
En la presente invención también la deformación causada a los elementos durante la ejecución del análisis, por ejemplo, cuando la relación de aspecto, el ángulo de torsión, y monitoriza el ángulo de vértice y similares, como un índice, el colapso de los elementos que acompañan la deformación excede un valor admisible, datos de malla de realimentación que contienen elementos a la colapsada se produce en la conversión de datos de forma significa convierte los datos de grupo de punto, para regenerar el modelo de forma que coincida con la situación actual en la unidad de generación de modelo, de malla de división para este modelo geométrico El análisis continúa utilizando la nueva malla obtenida.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS A continuación, la presente invención se describirá en detalle con referencia a los dibujos que muestran realizaciones de la misma. La figura 1 es un diagrama de bloques que muestra una configuración de un aparato de análisis de elementos finitos según la presente invención. dispositivo de análisis de elementos finitos A de acuerdo con la presente invención como se ilustra, la unidad de procesamiento aritmético 1, un archivo de datos del punto de enturbiamiento 2 como una unidad de almacenamiento de datos en el medio de operación, el archivo de datos de la forma 3 como una unidad de almacenamiento de los datos de entrada, y las condiciones de análisis Y un archivo de datos 4.
El lado de entrada del dispositivo de análisis de elementos finitos A, archivo de datos CAD 10 proporcionado en el sistema CAD, el archivo de datos de medición 11 dispuesto en el dispositivo de medición para la medición de la forma y el dispositivo de análisis del archivo de datos de malla 12 proporcionado Los datos de forma que indican la forma del objetivo de análisis se proporcionan a partir de uno de los archivos 10, 11 y 12 y se almacenan temporalmente en el archivo de datos de forma 3.
Una sección de entrada 13 tal como un teclado está conectada al lado de entrada del aparato de análisis de elementos finitos A. La unidad de entrada 13 se proporciona para llevar a cabo junto con la operación para instruir la ejecución de los análisis, una operación para especificar el archivo de entrada, la operación de entrada de diversos datos requeridos para el establecimiento de las condiciones de análisis utilizados en el análisis, las diversas operaciones de entrada Lo es Al realizar el análisis de la deformación y el análisis de tensión de trabajo plástico, como los datos necesarios para establecer la condición de análisis, por ejemplo, la detención de posición y las limitaciones del objeto de análisis, y modo de acción de la carga, posición de funcionamiento y dirección de funcionamiento y las condiciones materiales Estos datos son ingresados ​​por el funcionamiento de la unidad de entrada 13 y almacenados en el archivo de datos de condiciones de análisis 4.
La unidad de procesamiento aritmético 1 incluye medios de conversión de datos de forma 1a (véanse las figuras 2 y 3) y un medio de generación de modelo 1b (véase la figura 4). datos de la forma de conversión de medios 1a lee los datos de forma almacenados en el archivo de datos de la forma 3, que hace la operación de conversión de los datos de punto de enturbiamiento con el atributo de las coordenadas de acuerdo con una regla predeterminada. Forma del archivo de datos 3 para el almacenamiento de datos de forma, como se describe anteriormente, el archivo de datos CAD 10, el archivo de datos de medición 11, o que fue dada desde el archivo de datos de malla 12, la conversión de cada uno de los datos de forma a punto de datos nube Se realiza de la siguiente manera, por ejemplo.
La figura 2 es un diagrama explicativo de un método de conversión de datos de CAD a datos de grupos de puntos. datos de CAD, como se muestra en la mitad superior de la figura, la superficie del objeto de análisis, avión, considerado como una serie de zona de superficie de la superficie curva o similares, se dan como una colección de datos que ilustran una parte de superficie de cada uno. datos de la forma de conversión de medios 1a, en comparación s región de la superficie de cada uno incluido en los datos CAD para establecer un número suficiente de puntos para identificar estas posiciones y formas, los datos de punto de enturbiamiento a buscar las coordenadas de cada punto Configurar Por lo tanto, como se muestra en la mitad inferior de la figura, los datos de punto de enturbiamiento, incluyendo un punto suficiente para representar la forma del objeto de análisis se determina que tiene el atributo de coordenadas.
punto situado en los datos del plano y los datos de la superficie es como se describe anteriormente, puede estar presente solamente puede identificar la posición y la forma de la superficie de cada componente se puede fijar incluso más aspectos. Es decir, para una posición y la forma particular de la región de la superficie representada por los datos de avión es suficiente mediante el establecimiento de los vértices que definen dicho componente de superficie, como se muestra por los puntos abiertos en la Fig. 2, entre cada vértice, y puede ser ajustado en el punto medio a intervalos apropiados en un plano que pasa a través de cada vértice, y si la región de la superficie representada por los datos de la superficie, como también se muestra por los puntos abiertos en la Fig. 2, cada componente cara Uno o una pluralidad de puntos intermedios se pueden establecer a intervalos apropiados en una superficie de forma libre que incluye un vértice que define la forma.
La figura 3 es un diagrama explicativo de un método de conversión de datos de malla a datos de grupos de puntos. Malla datos suministrados desde el archivo de datos de malla 12, como se muestra, como datos para especificar la posición y el tamaño de una serie de elementos obtenidos dividiendo el objeto a ser analizado en un procedimiento predeterminado, las coordenadas de la estructura y el vértice de cada elemento Incluyendo el valor dado. datos de la forma de conversión de medios 1A es las coordenadas de los vértices de cada elemento se utiliza como es, además, un punto en los lados que definen cada elemento, por ejemplo, punto por la adición de las coordenadas del punto medio de un segmento de línea que conecta los vértices como se muestra Para formar datos de grupo. Por lo tanto, como se muestra en la mitad inferior de la figura, los datos de punto de enturbiamiento, incluyendo un punto suficiente para representar la forma del objeto de análisis se determina que tiene el atributo de coordenadas.
Tenga en cuenta que el establecimiento de una pluralidad de puntos en los lados de cada elemento puede constituir los datos de punto de enturbiamiento, además de éstos, aún más, además de que puede ser fijado en el interior de cada elemento (el centro de gravedad, centro, etc.) Los datos de la nube de puntos pueden formarse.
Por otro lado, los datos de forma suministrados desde el archivo de datos de medición 11 es un valor de la coordenada obtenida como resultado de la medición por los diversos dispositivos de medición en muchos puntos de medición fijados adecuadamente en la superficie del objeto de análisis, como ya punto de datos grupo . datos de forma de medios 1a es la producción de mayo de conversión sin procesar los datos, como en el caso de los datos de malla, entre los puntos de medición y el conjunto de uno o más puntos en la superficie curvada incluyendo cada punto de medición , Y los datos del grupo de puntos se pueden formar al agregar las coordenadas de estos puntos.
Los datos de la nube de puntos generados como se describió anteriormente se almacenan temporalmente en el archivo de datos de la nube de puntos 2. generación del modelo significa 1b lee los datos almacenados del archivo de datos de nube de puntos 2, y genera un modelo de la forma se aproxima por gratis los coordenadas superficie curva de cada punto incluido en estos datos B 'del objeto de análisis.
La figura 4 es un diagrama para explicar el funcionamiento de los medios generadores de modelo 1b. Como se muestra en la mitad superior de la figura, la entrada a la unidad de generación de modelo 1b es un grupo de puntos de datos que comprende una pluralidad de puntos establecidos en la superficie del objeto de análisis, este punto de datos en la nube, la unidad de generación de modelo 1b El modelo de forma B 'se obtiene al aproximar cada punto incluido en los datos por una superficie de forma libre. Diversos métodos para aproximar una gran cantidad de puntos configurados aleatoriamente a una superficie de forma libre se conocen convencionalmente, y la generación de un modelo de forma B 'se puede realizar mediante cualquier método. Cuando el objeto a analizar es bidimensional, en el medio generador de modelo 1b, la aproximación se realiza mediante una curva libre, y se genera un modelo de forma bidimensional.
El modelo de forma B 'así generado se divide automáticamente en una serie de elementos de acuerdo con un método de división de malla automático conocido tal como el método de Delaunay para generar una malla. En este caso, teniendo en cuenta el radio de curvatura en cada porción de la superficie del modelo de la forma B', que puede ser pre-subdividido porciones de malla pequeño radio de curvatura. La malla generada de esta manera se utiliza para el análisis de elementos finitos realizado bajo la condición de análisis leída del archivo de datos de condiciones de análisis 4.
La figura 5 es un diagrama de flujo que muestra el flujo de procesamiento por el aparato de análisis de elementos finitos según la presente invención. Operación siguiente este diagrama de flujo, por ejemplo, se inicia en respuesta a una operación predeterminada de la unidad de entrada 13, primero, un N variable que representa el número de iteraciones se establece en 0 (etapa 1), los datos de forma medios 1a es en el archivo de datos de forma 3 de conversión Los datos de formas almacenadas se leen y convierten en datos de nubes de puntos (paso 2), y los datos de la nube de puntos obtenidos por este se almacenan en el archivo de datos de nubes de puntos 2 (paso 3).
archivo de datos almacenado punto de enturbiamiento de datos 2 se lee a la unidad de generación de modelo 1b, 'se genera (etapa 4), el modelo de forma resultante B' la operación anteriormente descrita, el modelo de la forma B del objeto de análisis es un número de Se generan los datos del elemento y de la malla para la ejecución del análisis (paso 5). La malla así generada se da a los medios de análisis (paso 6) y se usa para la ejecución del análisis de elementos finitos. Este análisis se lleva a cabo mientras se añade 1 a la variable N representa el número de repeticiones (paso 7), y se compara con un recuento final preestablecido Nmax el número modificado N (Paso 8), en el caso de N ≧ Nmax es Y termina la operación de análisis.
Por otro lado, si N no alcanza el Nmax examina colapso de cada elemento de la malla (paso 9), si el colapso de todos los elementos no excede el valor admisible predeterminado, la operación regresa al Paso 6 continuar el análisis, cuando el colapso de cualquier elemento supera el valor permisible, almacena el estado actual de los datos de malla en el archivo de datos de la forma 3 (paso 10), entonces alimentado de nuevo a los datos de forma de la conversión de medios 1a, paso operación de 2, es decir, la conversión a los datos del grupo punto, la generación del modelo de la forma, realiza secuencialmente con malla generación, reanudar la operación de análisis utilizando la nueva malla que corresponde a la forma después de la deformación.
Durante la operación anterior, la determinación en el paso 9, por ejemplo, la relación de aspecto de cada elemento de la malla se realiza como uno o más una indicación del ángulo de giro, y el ángulo vertical. Esto, junto con la ejecución del análisis de elementos finitos se derrumba monitoreo secuencialmente se produce cada elemento es para determinar si hay una necesidad para la subdivisión, el resultado de esta determinación, O y requiere la subdivisión Los datos de malla, incluidos los elementos colapsados ​​que exceden el valor permitido, se retroalimentan como datos de forma y se almacenan en el archivo de datos de forma 3.
Los datos de forma almacenada se convierte en forma de datos de conversión de medios 1a por los datos de grupo de puntos, 'se regenera, la forma modelo B' modelo de la forma B a la unidad más modelo de generación 1b para continuar el análisis se divide en una malla Es usado datos de forma se re-almacena en el archivo de datos de forma 3 es un datos de malla correspondientes a la forma de la malla se utilizó para realizar el análisis, la conversión a punto de datos en la nube, los datos de malla suministrados desde el archivo de datos de malla 12 Se hace exactamente de la misma manera que en el caso de la conversión.
Efecto de la invención
En el método de análisis de elementos finitos y el sistema de análisis de elementos finitos de acuerdo con la presente invención como se describe en detalle anteriormente, una vez que convierte los datos de forma que representa la forma del objeto a analizar a los datos del grupo punto que tienen el atributo de coordenadas, los datos el grupo de puntos desde la generación de un modelo de la forma se aproxima como superficies de forma libre o curva de forma libre, los datos de CAD, los datos de medición, para diversos datos de la forma, tales como datos de malla, es posible generar un modelo de la forma por un proceso común, también el modelo de forma la ejecución por de análisis utilizando una malla obtenida por división de malla, el proceso de los datos de forma de entrada a la salida del resultado del análisis, es posible independientemente de tipo discontinuo de datos de la forma.
También, examinar el colapso se produce a cada elemento de la malla durante la ejecución del análisis, que cuando se excede un valor permisible, reconvierte a continuación los datos de grupo de puntos de realimentando los datos de malla de la época, momento en el que la unidad generadora de modelo la así regenerar el modelo de forma que coincida con el estado deformado de la malla, el análisis de elementos finitos con la gran deformación del elemento, sin generar una situación imposible de analizar, también se puede ejecutar de forma continua sin necesidad de intervención humana, de alta Como resultado, es posible obtener un resultado de análisis de precisión, y la presente invención ejerce un efecto excelente.
La figura 1 es un diagrama de bloques que muestra una configuración de un aparato de análisis de elementos finitos según la presente invención.
La figura 2 es un diagrama explicativo de un método de conversión de datos de CAD a datos de grupos de puntos.
La figura 3 es un diagrama explicativo de un método de conversión de datos de malla a datos de grupos de puntos.
La figura 4 es un diagrama explicativo del funcionamiento de los medios generadores de modelo.
La figura 5 es un diagrama de flujo que muestra el flujo de procesamiento en el aparato de análisis de elementos finitos según la presente invención.
1 Unidad de procesamiento aritmético
1a forma de conversión de datos de forma
1b modelo de generación de medios
Archivo de datos en la nube de 2 puntos
3 archivo de datos de forma
4 Archivo de datos de condición de análisis
Reclamo
Estado de acuerdo con la reivindicación 1 de datos de formas dadas sobre la base de la generación de un modelo de forma de un objeto de análisis, el objeto que va a analizarse con la deformación de cada elemento de la malla resultante del modelo de forma generada por la división de malla en el análisis de elementos finitos para analizar los cambios, y caracterizado porque dichos datos de forma se convierte en datos de nubes de puntos expresados ​​como un valor de coordenadas, para generar el modelo geométrico de los datos de grupo de puntos es aproximada por la superficie de forma libre o una libre curvado Método de análisis de elementos finitos.
Estado de la reivindicación 2 datos de la forma dada en la base la generación de un modelo de forma de un objeto de análisis, el objeto que va a analizarse con la deformación de cada elemento de la malla obtenido el modelo de la forma generada por la división de malla en el sistema de análisis de elementos finitos para el análisis de cambios, los medios de aproximada la conversión de datos de forma para los datos de forma convertidos en datos de nubes de puntos expresados ​​como un valor de coordenadas, la superficie de forma libre o una forma de puntos de datos de grupo de la curva libre obtenida Y el modelo de generación de medios para generar un modelo basado en dicho modelo.
medios de comparación para comparar el colapso se produce a cada elemento de la malla a un valor admisible predeterminado con la reivindicación 3 en el que la deformación, el resultado de esta comparación, cuando se derrumbó más que el valor permisible se ha producido, los datos de forma de la malla Y medios para retroalimentar a dichos medios de conversión de datos de forma.
Dibujo :
Application number :1997-016559
Inventors :住友金属工業株式会社
Original Assignee :近藤健次