含开口的圆柱形蒙皮桁条结构通用参数化几何建模方法

1.本发明属于火箭蒙皮桁条结构的三维几何建模相关领域，具体涉及一种含开口的圆柱形蒙皮桁条结构的参数化三维几何建模方法。


背景技术：

2.圆柱形蒙皮桁条结构是一种由桁条和圆形框为基础以及附着在其上的蒙皮所构成的承力结构，其具有结构简单，制造方便，生产成本低，且有良好的承载性能，在航天器结构中得到了广泛的应用。圆柱形蒙皮桁条结构作为一种主要承受轴向载荷的薄壁加筋圆柱形结构，其整体失稳往往先于结构强度破坏发生，这使得轴压稳定性成为设计该类结构的重点。为了对该结构开展有限元分析，对其进行精确且高效的三维建模方法必不可少。
3.参数化建模是一种以几何模型中的尺寸参数为驱动方式，以编程开发语言为工具，通过给定的参数来生成多个相似几何模型的快速化设计方法。建立蒙皮桁条结构几何模型时，使用参数化建模的方法可以避免重复建模，节省时间，提高工作效率。文献“徐开拓.基于等效静态载荷的蒙皮桁条结构动力学优化设计[d].大连理工大学,2020.”基于apdl语言建立了蒙皮桁条结构的三维模型。但该文献中未能给出含开口的蒙皮桁条结构的建模方法，而开口是蒙皮桁条结构的重要特征；同时该文献认为蒙皮桁条结构中桁条和框的布局固定不变，不利于后续蒙皮桁条结构的优化。因此，需要一种能综合考虑桁条和框详细几何及其空间局部的含开口的蒙皮桁条结构通用参数化建模方法。


技术实现要素：

[0004]
为了克服现有基于apdl语言建立蒙皮桁条结构三维模型的方法不能满足含开口的复杂蒙皮桁条结构通用参数化建模需求的不足，本发明提出了一种含开口的圆柱形蒙皮桁条结构通用参数化几何建模方法。
[0005]
本发明的构思是：
[0006]
首先，建立模型的参考坐标轴，并确定模型的参数，包括蒙皮的直径与高度，各个桁条、框的布局与截面属性，开口的数量及位置。
[0007]
其次，根据已知的参数创建各个桁条和框的截面属性。
[0008]
再次，建立圆柱壳体以模拟蒙皮，在壳体上建立纵向与环向的线条来模拟桁条与框；然后确定开口的位置，移除开口区域所包含的曲面及线条单元。
[0009]
最后，将截面属性分配给对应的单元，得到一个含开口的蒙皮桁条的三维几何模型。
[0010]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
[0011]
含开口的圆柱形蒙皮桁条结构通用参数化几何建模方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0012]
步骤1：建立用于描述蒙皮桁条结构中各构件相对位置的参考坐标系；
[0013]
步骤2：定义蒙皮桁条结构的模型参数，包括圆柱蒙皮的几何尺寸，桁条和框截面
的几何尺寸及布局，圆柱蒙皮、桁条和框的材料属性，以及开口的数量及位置；
[0014]
步骤3：根据步骤2定义的模型参数，创建桁条和框的截面几何和材料属性；
[0015]
步骤4：创建蒙皮截面几何属性和材料属性，在所述参考坐标系下创建圆柱形蒙皮模型；所述蒙皮截面几何属性包括截面类型和厚度；
[0016]
步骤5：在所述参考坐标系下，确定每根桁条和框相对于所述蒙皮模型的分布位置，基于所述分布位置在所述蒙皮模型上创建用于模拟桁条和框的线条；
[0017]
步骤6：在所述蒙皮模型上确定开口位置并移除该位置内包含的曲面及线条，并加粗所述开口的边界处桁条，从而创建好蒙皮开口；
[0018]
步骤7：将步骤4设置的蒙皮的截面几何属性赋予对应的曲面，将步骤3创建的桁条和框的截面几何属性赋予给对应的线条，得到含开口的圆柱形蒙皮桁条结构的三维几何模型。
[0019]
进一步地，步骤2中所述的材料属性包括密度、弹性模量和泊松比。
[0020]
进一步地，步骤3中桁条的截面几何属性包括“t”型剖面几何属性、“l”型剖面几何属性和“i”型剖面几何属性中的至少一种；
[0021]
所述“t”型剖面几何属性由以下参数定义：桁条宽度、桁条高度、桁条宽的厚度和桁条高的厚度；
[0022]
所述“l”型剖面几何属性由以下参数定义：桁条宽度、桁条高度、桁条宽的厚度和桁条高的厚度；
[0023]“i”型剖面几何属性由以下参数定义：桁条底边宽度、桁条顶边宽度、桁条高度、桁条底边厚度、桁条顶边厚度和桁条高的厚度。
[0024]
进一步地，步骤3中框的截面几何属性包括“l”型剖面几何属性和“n”型剖面几何属性；
[0025]
所述“l”型剖面几何属性由以下参数定义：桁条宽度、桁条高度、桁条宽的厚度和桁条高的厚度；
[0026]
所述“n”型剖面几何属性由以下参数定义：框底边宽度、框顶边宽度、框高、框底边厚度、框顶边厚度和框高的厚度。
[0027]
进一步地，所述步骤4具体为：
[0028]
步骤4.1在所述参考坐标系的xoy平面建立圆柱形蒙皮模型的投影草图；
[0029]
步骤4.2将所述投影草图沿所述参考坐标系的z轴正方向拉伸，拉伸高度h为圆柱形蒙皮桁条结构的高度，设定蒙皮截面类别、厚度以及材料属性，得到蒙皮三维模型。
[0030]
进一步地，所述步骤5中每根桁条由线条p
i p
i’表示，pi坐标为(r
·
sinθi,r
·
cosθi,0)，p
i’坐标为(r
·
sinθi,r
·
cosθi,h)，θi为各桁条的相位角；所述框中：位于最上端和最下端的框分别为所述蒙皮模型的最上方和最下方边线，其余框分别用基准平面与所述蒙皮模型相交处生成的环形线条表示，所述基准平面为距离所述xoy面hi的平面，i＝1,2,
…
,n，n为所述其余框的数量。
[0031]
进一步地，步骤6中所述开口位置由以下参数确定：开口下端框的高度、高口上端框的高度、开口起始位置桁条的相位角，以及开口终止位置桁条的相位角。
[0032]
进一步地，所述步骤7中将桁条和框的截面几何属性赋予给对应线条后，并指派桁条和框的方向，即完成桁条和框截面属性的赋予。
[0033]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特殊之处在于：所述计算机程序被运行时，用于执行上述的含开口的圆柱形蒙皮桁条结构通用参数化几何建模方法。
[0034]
本发明还提供了一种电子设备，包括处理器和存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，其特殊之处在于：所述计算机程序被所述处理器运行时，用于执行上述的含开口的圆柱形蒙皮桁条结构通用参数化几何建模方法。
[0035]
本发明的有益效果是：
[0036]
1.本发明首先建立参考坐标系并确定构建模型所需的相关参数；其次根据给定的参数创建了桁条和框的截面属性；再次创建了蒙皮模型，并在蒙皮模型上绘制线条模拟桁条与框；然后在指定位置进行蒙皮开口的创建；最后为模型的各个单元赋予截面属性，从而得到一种含开口的蒙皮桁条三维几何模型参数化建模方法。由于几何建模有着参数化的特点，故本发明的方法能够减少重复性建模，提高后续有限元计算的效率，提供精确的含开口几何模型，弥补现有方法没有为含开口的蒙皮桁条结构进行通用参数化建模的空白。
[0037]
2.本发明解决了含开口的复杂蒙皮桁条结构参数化三维建模过程中桁条布局固定、蒙皮开口定义困难的问题，为各类蒙皮桁条结构的力学分析提供了快速精确的三维几何模型构建方法。
附图说明
[0038]
图1是本发明建立的模型参考坐标系。
[0039]
图2是常用的典型桁条的剖面图。
[0040]
图3是常用典型框的剖面图。
[0041]
图4是蒙皮模型投影图。
[0042]
图5是蒙皮模型(含桁条与框)三维图。
[0043]
图6是蒙皮桁条模型侧面展开图。
[0044]
图7是桁条与框的方向说明图示。
[0045]
图8是蒙皮桁条结构的底边草图。
[0046]
图9是蒙皮桁条结构的蒙皮三维几何模型图。
[0047]
图10是蒙皮桁条结构的xoy平面投影图。
[0048]
图11是蒙皮桁条结构开口示意图。
[0049]
图12是含开口的蒙皮桁条三维几何模型图。
具体实施方式
[0050]
本发明针对含开口的圆柱形蒙皮桁条结构提出了一种参数化建模方法，主要对含开口的蒙皮桁条结构的相关参数进行定义，并通过参数化建模的方法建立精确的包含材料属性的三维几何模型。
[0051]
以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0052]
本发明所提供的含开口的圆柱形蒙皮桁条结构通用参数化几何建模方法，包括以下步骤：
[0053]
步骤1：建立模型参考坐标系
[0054]
为了描述三维空间下蒙皮桁条结构中各构件的相对位置，任取一点o建立参考坐标系cso，其中z轴竖直向上，y轴水平向右，x轴根据右手定则推导确定。后续在描述模型时，将模型下端面的圆心与参考坐标系的原点o重合，模型的轴线与参考坐标系的z轴重合，建立好的参考坐标系cso如图1所示。
[0055]
步骤2：定义描述蒙皮桁条结构的模型参数
[0056]
为了构建模型，需要定义建立模型所需的模型参数。建立含开口的圆柱形蒙皮桁条模型所需定义的模型参数包括：
[0057]
(1)模型的几何尺寸：模型的几何尺寸指的是构建模型几何外形所需的参数，对于圆柱筒壳而言，模型几何尺寸包括圆柱底面的半径r和圆柱的高度h。
[0058]
(2)截面的几何尺寸：截面的几何尺寸指的是绘制桁条和框的剖面形状所需的参数，对于不同的截面而言，其所需的参数类型与数目各不相同。
[0059]
(3)模型的布局参数：模型的布局参数指的是描述蒙皮、桁条和框在圆柱壳上布局情况所需的参数，包括框的截面类型与间距、桁条的截面类型与相对位置、开口处所有构件的位置等。
[0060]
(4)模型的材料属性：模型的材料属性指的是描述模型各单元材料特性(密度、弹性模量和泊松比)所需的参数。
[0061]
步骤3：创建构成蒙皮桁条结构的桁条和框的截面几何和材料属性
[0062]
步骤3.1为了创建桁条的截面几何属性，需要创建各个桁条的剖面，以定义桁条的精确几何形状。蒙皮桁条结构中常用的典型桁条共有三类剖面几何：“t”型剖面(如图2中(a)所示)、“l”型剖面(如图2中(b)所示)和“i”型剖面(如图2中(c)所示)。其中，n1轴和n2轴是一组用来描述截面位置的坐标轴，与桁条的切向相互垂直，坐标轴的交点为截面的形心。
[0063]
对于“t”型剖面的桁条，由以下参数定义：
[0064]
b——“t”型剖面桁条的宽度；
[0065]
h——“t”型剖面桁条的高度；
[0066]
tf——“t”型剖面桁条宽的厚度；
[0067]
tw——“t”型剖面桁条高的厚度；
[0068]
对于“l”型剖面的桁条，由以下参数定义：
[0069]
a——“l”型剖面桁条的宽度；
[0070]
b——“l”型剖面桁条的高度；
[0071]
t1——“l”型剖面桁条宽的厚度；
[0072]
t2——“l”型剖面桁条高的厚度；
[0073]
对于“i”型剖面的桁条，由以下参数定义：
[0074]
b1——“i”型剖面桁条底边的宽度；
[0075]
b2——“i”型剖面桁条顶边的宽度；
[0076]
h——“i”型剖面桁条的高度；
[0077]
t1——“i”型剖面桁条底边的厚度；
[0078]
t2——“i”型剖面桁条顶边的厚度；
[0079]
t3——“i”型剖面桁条高的厚度；
[0080]
步骤3.2为了创建框的截面几何属性，需要创建各个框的剖面，以定义框的精确几
何形状。蒙皮桁条结构中的典型框共有两类剖面几何：“l”型剖面(如图3中(a)所示)和“n”型剖面(如图3中(b)所示)。其中，n1轴和n2轴是一组用来描述截面位置的坐标轴，与框的切向相互垂直，坐标轴的交点为截面的形心。
[0081]
对于“l”型剖面的框，由以下参数定义：
[0082]
a——“l”型剖面框的宽度
[0083]
b——“l”型剖面框的高度
[0084]
t1——“l”型剖面框宽的厚度
[0085]
t2——“l”型剖面框高的厚度
[0086]
对于“n”型剖面的框，由以下参数定义：
[0087]
b1——“n”型剖面框底边的宽度
[0088]
b2——“n”型剖面框顶边的宽度
[0089]
h——“n”型剖面框的高度
[0090]
t1——“n”型剖面框底边的厚度
[0091]
t2——“n”型剖面框顶边的厚度
[0092]
t3——“n”型剖面框高的厚度
[0093]
基于上述步骤3.1和3.2便可获得构成蒙皮桁条结构的桁条和框的精确剖面几何；上述步骤3.1和3.2可互换顺序。
[0094]
步骤3.3定义桁条和框的材料属性，包括密度ρ、弹性模量e、泊松比ν，以便完成桁条和框的材料属性定义，方面后续有限元的计算。
[0095]
步骤4：创建构成蒙皮桁条结构的蒙皮模型
[0096]
如图4所示，首先，在参考坐标系cso的xoy平面建立圆柱形蒙皮模型的投影草图，以参考坐标系cso的原点o为圆心，以r为半径绘制一个圆，其中r为圆柱形蒙皮模型的底面半径。
[0097]
然后，将上一步建立好的投影草图进行拉伸，拉伸方向为参考坐标系cso的z轴正方向，拉伸高度为圆柱形蒙皮桁条结构的高度h，设定截面类别为均值壳，蒙皮的厚度为t，并为蒙皮设定材料属性，包括密度ρ、弹性模量e和泊松比ν。建立好的蒙皮三维模型如图5所示(图5中隐去桁条和框之后的圆柱部分即为蒙皮三维模型)。
[0098]
步骤5：确定每根桁条和框相对于蒙皮的分布位置
[0099]
步骤5.1为了描述蒙皮桁条结构中的主承力构件——桁条的位置，需要知道每一根桁条相对于蒙皮的具体位置。
[0100]
首先，基于步骤2和步骤4可以将每根桁条在参考坐标系cso的xoy平面上的投影用一点pi来表示，其相对于参考坐标系cso的x轴的相位角记为θi(i＝1,2,
…
,n)，各桁条的分布情况如图4所示。
[0101]
随后，根据桁条的相位角θi确定每根桁条的上下端点在参考坐标系cso中的坐标，其中，下端点pi坐标为(r
·
sinθi,r
·
cosθi,0)，上端点p
i’坐标为(r
·
sinθi,r
·
cosθi,h)。
[0102]
最后，将上述对应点pi和p
i’两两连接绘制线条，即完成了每根桁条位置的定义，桁条将位于pip
i’上，并分布于蒙皮的外侧，如图5所示。
[0103]
步骤5.2为了描述蒙皮桁条结构中的径向主承力构件——框的位置，需要知道每一根框相对于蒙皮的具体位置。
[0104]
由于上端框和下端框分别位于蒙皮的最上方和最下方的边线处，因此它们在构建蒙皮的同时已经被构建。
[0105]
假定中间框共有n个，通过步骤2中模型布局参数的定义可得每个中间框相对于参考坐标系cso中xoy面的距离，记为hi(i＝1,2,
…
,n)。
[0106]
随后将xoy面朝z轴正方向分别以hi(i＝1,2,
…
,n)进行偏移获得n个平面，且以该平面作为基准平面拆分蒙皮模型，基准平面与蒙皮模型的圆柱面相交处生成的环形线条即为中间框，如图5所示。
[0107]
步骤6：创建蒙皮开口
[0108]
蒙皮在侧壁上存在开口，且开口存在于某两个框及某两个桁条之间。基于步骤2中模型布局参数的定义可得用来记录蒙皮开口位置的参数有h
c1
、h
c2
、θ
c1
、θ
c2
，其中h
c1
为开口下端框的高度，h
c2
为开口上端框的高度，θ
c1
为开口起始位置桁条的相位角，θ
c2
为开口终止位置桁条的相位角，图6为蒙皮桁条结构沿θ＝0
°
展开的示意图，显然基于上述参数即可定义蒙皮开口与相关桁条和框的位置关系。
[0109]
因为开口区的存在，蒙皮桁条结构的承弯承扭能力遭到严重削弱，需在开口两侧布置加强桁条以保证其传力完整和刚度连续，这一操作可以通过加粗开口边界所处的桁条实现。最终将开口位置处的蒙皮以及其该处蒙皮上的桁条移除，即可得到含开口的蒙皮桁条模型。
[0110]
步骤7：赋予蒙皮、桁条和框的截面属性
[0111]
步骤7.1将步骤4中创建的蒙皮截面指派给步骤6建立好的含开口的蒙皮桁条模型中所有面单元，即可完成蒙皮截面属性的赋予。
[0112]
步骤7.2将步骤3中创建的桁条和框的几何截面属性指派给其对应的表示桁条和框位置的直线段和圆，并指派桁条和框的方向即可完成桁条和框截面属性的赋予。
[0113]
指派桁条或框方向指的是对图2或图3所示剖面中n1方向进行定义。将桁条或框截面属性指派给线条后，必须为其指派方向。如图6所示，对于桁条来说，截面的n1方向从下端面原点o指向桁条下端点pi；对于框来说，截面的n1方向从下端面原点o指向上端面原点o’。
[0114]
至此，经由上述步骤即可建立含开口的圆柱形复杂蒙皮桁条结构三维几何模型。
[0115]
实施例：
[0116]
步骤1：建立用于描述蒙皮桁条结构中各构建位置的参考坐标系cso；
[0117]
步骤2：定义描述蒙皮桁条结构的模型参数；
[0118]
本实施例建立的蒙皮桁条结构的模型参数包括：
[0119]
几何尺寸：模型高度h＝3500mm，模型半径r＝1500mm；
[0120]
布局参数：共有30根桁条和8根框，且在第2至第3个中间框，48
°
至72
°
的桁条之间存在蒙皮开口。
[0121]
材料属性：桁条材料的密度ρ＝2800kg/m3，桁条材料的弹性模量e＝68000mpa，桁条材料的泊松比ν＝0.3；框材料的密度ρ＝2800kg/m3，框材料的弹性模量e＝68000mpa，框材料的泊松比ν＝0.3；蒙皮材料的密度ρ＝2800kg/m3，蒙皮材料的弹性模量e＝6800mpa，蒙皮材料的泊松比ν＝0.3。
[0122]
步骤3：创建构成蒙皮桁条结构的桁条和框的截面几何和材料属性
[0123]
步骤3.1为了创建桁条的截面属性，需要创建各个桁条的剖面。本实施例中的模型
包含“t”型桁条，分别命名为t-1桁条、t-2桁条和t-3桁条。
[0124]
t-1桁条的剖面如图2中(a)所示，其中桁条宽度b＝40mm，桁条高度h＝35mm，桁条宽的厚度tf＝2.5mm，桁条高的厚度tw＝4mm。
[0125]
t-2桁条的剖面如图2中(a)所示，其中桁条宽度b＝40mm，桁条高度h＝40mm，桁条宽的厚度tf＝2.5mm，桁条高的厚度tw＝4mm。
[0126]
t-3桁条的剖面如图2中(a)所示，其中桁条宽度b＝50mm，桁条高度h＝50mm，桁条宽的厚度tf＝2.5mm，桁条高的厚度tw＝4mm。
[0127]
步骤3.2为了创建框的截面属性，需要创建各个框的剖面。本实施例中的模型包含“l”型和“n”型框，分别命名为k-l-1框、k-n-1框。
[0128]
k-l-1框的剖面如图3中(a)所示，其中框的宽度a＝80mm，框的高度b＝70mm，框宽的厚度t1＝6mm，框高的厚度t2＝8mm。
[0129]
k-n-1框的剖面如图3中(b)所示，其中框底边的宽度b1＝54mm，框顶边的宽度b2＝25mm，框的高度h＝80mm，框底边的厚度t1＝2mm，框顶边的厚度t2＝2mm，框高的厚度t3＝2mm。
[0130]
步骤3.3基于步骤3.2获得了构成蒙皮桁条结构的桁条和框的精确剖面几何。继而通过定义桁条和框的材料属性(已在步骤2给出)，以便完成桁条和框的材料属性定义，方便后续有限元的计算。
[0131]
步骤4：创建构成蒙皮桁条结构的蒙皮几何和材料属性
[0132]
首先在参考坐标系cso的xoy平面建立圆柱形蒙皮模型的投影草图，以原点o为圆心，r＝1500mm为半径绘制圆，如图8所示，其中r为圆柱形蒙皮模型底面的半径。
[0133]
然后将圆柱形蒙皮模型的投影草图进行拉伸，拉伸方向为z轴正方向，拉伸高度为模型的高度h＝3500mm，设定截面类别为均值壳，蒙皮的厚度为t，并为蒙皮设定材料属性：密度ρ＝2800kg/m3，弹性模量e＝6800mpa，泊松比ν＝0.3(如图-8所示)。
[0134]
步骤5：定义每根桁条和框相对于蒙皮的分布位置
[0135]
5.1为了在蒙皮模型上建立线条以模拟桁条，需要知道每一根桁条相对于蒙皮的具体位置，本实施例的蒙皮桁条结构模型共有30根桁条，其相位角θi＝0
°
,12
°
,24
°
,36
°
,48
°
,60
°
,72
°
,84
°
,96
°
,108
°
,120
°
,132
°
,144
°
,156
°
,168
°
,180
°
,192
°
,204
°
,216
°
,228
°
,240
°
,252
°
,264
°
,276
°
,288
°
,300
°
,312
°
,324
°
,336
°
,348
°
(i＝1,2,
…
,30)。如图10所示，模型在参考坐标系cso的xoy平面的投影图清楚的展示了各桁条在蒙皮模型上所在的位置。
[0136]
随后根据桁条的相位角确定桁条上下端点在参考坐标系cso中的坐标，其中下端点pi坐标为(r
·
sinθi,r
·
cosθi,0)，上端点p
i’坐标为(r
·
sinθi,r
·
cosθi,h)，其中模型半径r＝1500mm和高度h＝3500mm均在上文已给出。最后将上下端点连接绘制线条，即完成了表征桁条形心位置的线条的定义。
[0137]
5.2为了在蒙皮模型上建立线条以模拟框，需要知道每一根框相对于蒙皮的的具体位置，本实施例的蒙皮桁条结构模型共有8根框，其相对于参考坐标系cso中xoy平面的距离分别为hi＝0mm,420mm,980mm,1560mm,2065mm,2590mm,3115mm,3500mm(i＝1,2,
…
,8)。
[0138]
随后将xoy面朝z轴正方向分别以hi进行偏移共获得8个平面，这8个平面与xoy面的距离分别为hi(i＝1,2,
…
,8)。分别以这8个平面作为基准平面拆分蒙皮模型，基准平面与蒙皮模型圆柱面相交处生成的环形线条即为表征框形心位置的线条的定义，所建立的蒙
皮桁条模型如图9所示。
[0139]
步骤6：创建蒙皮开口
[0140]
本实施例的蒙皮桁条结构模型共有一个开口，对于该开口，有描述其开口位置的参数h
c1
＝980mm、h
c2
＝1540mm、θ
c1
＝48
°
、θ
c2
＝72
°
，其中h
c1
为开口下端框的高度，h
c2
为开口上端框的高度，θ
c1
为开口起始位置桁条的相位角，θ
c2
为开口终止位置桁条的相位角。
[0141]
将开口位置处的蒙皮以及其该处蒙皮上的桁条移除，即可得到含开口的蒙皮桁条模型，模型开口如图11所示。
[0142]
步骤7：赋予蒙皮、桁条和框的截面属性
[0143]
7.1将步骤3中创建的蒙皮截面指派给模型中所有面单元，即可完成蒙皮截面属性的赋予。
[0144]
7.2将步骤3中创建的桁条和框的截面指派给其对应的线条单元，并指派其桁条和框方向即可完成桁条和框截面属性的赋予。
[0145]
指派桁条或框方向指的是对图2或图3所示剖面中n1方向进行定义。将桁条或框截面属性指派给线条后，必须为其指派方向。如图7所示，对于桁条来说，截面的n1方向从下端面原点o指向桁条下端点pi；对于框来说，截面的n1方向从下端面原点o指向上端面原点o’。由上述步骤即可建立含开口的圆柱形蒙皮桁条三维几何模型。
[0146]
在本实施例的模型中，相位角θi＝0
°
,24
°
,60
°
,96
°
,120
°
,144
°
,168
°
,192
°
,216
°
,240
°
,264
°
,288
°
,312
°
,336
°
的桁条为t-1桁条，相位角θi＝12
°
,36
°
,84
°
,108
°
,132
°
,156
°
,180
°
,204
°
,228
°
,252
°
,276
°
,300
°
,324
°
,348
°
的桁条为t-2桁条，相位角θi＝48
°
,72
°
的桁条为t-3桁条(开口两侧的加强桁条)；高度hi＝0mm，3500mm的框为k-l-1框，高度hi＝420mm,980mm,1560mm,2065mm,2590mm,3115mm的框为k-n-1框。建立完毕的模型如图12所示。
[0147]
除了上述建模方法外，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被运行时，用于执行本发明所提供的含开口的圆柱形蒙皮桁条结构通用参数化几何建模方法。
[0148]
与此同时，本发明还提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器和存储介质，其中存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时用于执行本发明所提供的含开口的圆柱形蒙皮桁条结构通用参数化几何建模方法。

技术特征：
1.含开口的圆柱形蒙皮桁条结构通用参数化几何建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立用于描述蒙皮桁条结构中各构件相对位置的参考坐标系；步骤2：定义蒙皮桁条结构的模型参数，包括圆柱蒙皮的几何尺寸，桁条和框截面的几何尺寸及布局，圆柱蒙皮、桁条和框的材料属性，以及开口的数量及位置；步骤3：根据步骤2定义的模型参数，创建桁条和框的截面几何和材料属性；步骤4：创建蒙皮截面几何属性和材料属性，在所述参考坐标系下创建圆柱形蒙皮模型；所述蒙皮截面几何属性包括截面类型和厚度；步骤5：在所述参考坐标系下，确定每根桁条和框相对于所述蒙皮模型的分布位置，基于所述分布位置在所述蒙皮模型上创建用于模拟桁条和框的线条；步骤6：在所述蒙皮模型上确定开口位置并移除该位置内包含的曲面及线条，并加粗所述开口的边界处桁条，从而创建好蒙皮开口；步骤7：将步骤4设置的蒙皮的截面几何属性赋予对应的曲面，将步骤3创建的桁条和框的截面几何属性赋予给对应的线条，得到含开口的圆柱形蒙皮桁条结构的三维几何模型。2.根据权利要求1所述的含开口的圆柱形蒙皮桁条结构通用参数化几何建模方法，其特征在于：步骤2中所述的材料属性包括密度、弹性模量和泊松比。3.根据权利要求1所述的含开口的圆柱形蒙皮桁条结构通用参数化几何建模方法，其特征在于：步骤3中桁条的截面几何属性包括“t”型剖面几何属性、“l”型剖面几何属性和“i”型剖面几何属性中的至少一种；所述“t”型剖面几何属性由以下参数定义：桁条宽度、桁条高度、桁条宽的厚度和桁条高的厚度；所述“l”型剖面几何属性由以下参数定义：桁条宽度、桁条高度、桁条宽的厚度和桁条高的厚度；“i”型剖面几何属性由以下参数定义：桁条底边宽度、桁条顶边宽度、桁条高度、桁条底边厚度、桁条顶边厚度和桁条高的厚度。4.根据权利要求1所述的含开口的圆柱形蒙皮桁条结构通用参数化几何建模方法，其特征在于：步骤3中框的截面几何属性包括“l”型剖面几何属性和“n”型剖面几何属性；所述“l”型剖面几何属性由以下参数定义：桁条宽度、桁条高度、桁条宽的厚度和桁条高的厚度；所述“n”型剖面几何属性由以下参数定义：框底边宽度、框顶边宽度、框高、框底边厚度、框顶边厚度和框高的厚度。5.根据权利要求1-4任一所述的含开口的圆柱形蒙皮桁条结构通用参数化几何建模方法，其特征在于：所述步骤4具体为：步骤4.1在所述参考坐标系的xoy平面建立圆柱形蒙皮模型的投影草图；步骤4.2将所述投影草图沿所述参考坐标系的z轴正方向拉伸，拉伸高度h为圆柱形蒙皮桁条结构的高度，设定蒙皮截面类别、厚度以及材料属性，得到蒙皮三维模型。6.根据权利要求5所述的含开口的圆柱形蒙皮桁条结构通用参数化几何建模方法，其特征在于：所述步骤5中每根桁条由线条p
i p
i’表示，p
i
坐标为(r
·
sinθ
i
,r
·
cosθ
i
,0)，p
i’坐标为(r
·
sinθ
i
,r
·
cosθ
i
,h)，θ
i
为各桁条的相位角；所述框中：位于最上端和最下端的框
分别为所述蒙皮模型的最上方和最下方边线，其余框分别用基准平面与所述蒙皮模型相交处生成的环形线条表示，所述基准平面为距离所述xoy面h
i
的平面，i＝1,2,
…
,n，n为所述其余框的数量。7.根据根据权利要求6所述的含开口的圆柱形蒙皮桁条结构通用参数化几何建模方法，其特征在于：步骤6中所述开口位置由以下参数确定：开口下端框的高度、高口上端框的高度、开口起始位置桁条的相位角，以及开口终止位置桁条的相位角。8.根据权利要求7所述的含开口的圆柱形蒙皮桁条结构通用参数化几何建模方法，其特征在于：所述步骤7中将桁条和框的截面几何属性赋予给对应线条后，并指派桁条和框的方向，即完成桁条和框截面属性的赋予。9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被运行时，用于执行权利要求1-8任一所述的含开口的圆柱形蒙皮桁条结构通用参数化几何建模方法。10.电子设备，包括处理器和存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被所述处理器运行时，用于执行权利要求1-8任一所述的含开口的圆柱形蒙皮桁条结构通用参数化几何建模方法。

技术总结
为克服现有参数化建模方法不能满足含开口的复杂蒙皮桁条结构通用参数化建模需求的不足，本发明提出了一种含开口的圆柱形蒙皮桁条结构通用参数化几何建模方法。本发明首先建立模型的参考坐标轴，并确定模型的参数，包括蒙皮的直径与高度，各个桁条、框的布局与截面属性，开口的数量及位置。然后根据已知参数创建各个桁条和框的截面属性。接着建立圆柱壳体以模拟蒙皮，在壳体上建立纵向与环向的线条来模拟桁条与框；然后确定开口位置，移除开口区域所包含的曲面及线条单元。最后将截面属性分配给对应单元，得到含开口的蒙皮桁条的三维几何模型。由于几何建模有着参数化的特点，故本发明能够减少重复性建模，提高后续有限元计算的效率。的效率。


技术研发人员：盖京波 洪春生 邓奇 叶飞 孙鸣鹤 王继松
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/9/20