(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111395344.3 (22)申请日 2021.11.23 (71)申请人 西安航天动力研究所 地址 710100 陕西省西安市航天基地飞 天 路289号 (72)发明人 薛杰　张志伟　王珺　闫松　 邓长华　李斌潮　杜大华　 (74)专利代理 机构 西安智邦专利商标代理有限 公司 6121 1 代理人 唐沛 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 113/14(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种确定细长管路最大应力位移向量的快 速分析方法 (57)摘要 本发明公开了一种确定细长管路最大应力 位移向量的快速分析方法， 该方法相比现有商业 软件需要几百次甚至几千次运算才能完成的分 析任务， 大幅度提升了工作效率， 并且还具有自 动生成平动位移空间中管路最大应力球形分布 图、 转动位移空间中管路最大应力球形分布图等 可视化功能， 有利于后续的分析。 该方法的主要 实施步骤为： 1、 建立细长管路的有限元分析模 型； 2、 对细长管路有限元分析模型的自由端施加 平动小位移载荷， 另 一端固支， 获取管路最大应 力下自由端的平动位移单位向量； 3、 对细长 管路 有限元分析模 型的自由端施加转动小位移载荷， 另一端固支， 获取管路最大应力下自由端的转动 位移单位向量。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 114154370 A 2022.03.08 CN 114154370 A 1.一种确定细长管路最大应力位移向量的快速分析方法， 其特征在于， 包括以下实施 步骤： 步骤1： 建立细长管路的有限元分析模型； 步骤2： 对细长管路有限元分析模型的自由端施加平动小位移载荷， 另一端固支， 获取 管路最大应力下自由端的平动位移单位向量； 步骤2.1： 对细长管路自由端在 X、 Y、 Z方向分别施加平动小位移载荷后获得应力结果文 件； 各应力结果文件包含细长管路有限元模型中各个单元积分点在 模型坐标系下的应力张 量； 应力张量的单位 通常为Pa或Mpa； 步骤2.2： 求取应力张量Sx， Sy、 Sz； 在应力结果文件中， 提取模型中所有积分点处的应力张量， 即Sx、 Sy、 Sz； 步骤2.3： 调用matlab的sphere(n)函数生成球面模型； 所述球面模型包含n ×n个面、 (n+1) ×(n+1)个点， 其半径为1、 球面模型的球心位于球 面模型所处坐标系的原点 位置； 在球面模型中获取每个点的坐标： 记为(X1,Y1,Z1)， (X2,Y2,Z2)，…(Xk,Yk,Zk)…(Xn+1, Yn+1,Zn+1)； 步骤2.4： 选取任意点K， 将其坐标值(Xk,Yk,Zk)视为权重系数， 分别与Sx， Sy、 Sz相乘并线 性相加， 得到球面模型 上任意点k相对应的模型中所有积分点处的应力张量 步骤2.5： 使用Mises应力计算公式， 得到球面模型上任意点k相对应的模型中所有积分 点处的mises应力值集合 并在 中选取最大值 称为平 动空间球面模型 K点下管路最大积分点的mises应力； 步骤2.6： 按照步骤2.4和2.5的方式， 计算出平动空间球面模型上每个点对应管路最大 积分点的mises应力， 组成最大值向量序列 步骤2.7： 在最大值向量序列 中找出最大值和最小值及其对应在球面模型中的坐 标； 步骤2.8： 根据步骤2.7的结果， 使用matlab的surf函数绘制出自由端平动位移空间中 管路最大应力球形分布图， 从这个图中可以获得管路最大应力下自由端的平动位移单位向 量。 2.根据权利要求1所述的确定细长管路最大应力位移向量的快速分析方法， 其特征在 于： 还包括步骤3： 对细长管路的有限元分析模型的自由端施加转动小位移载荷， 另一端固 支， 获取管路最大应力下自由端的转动位移单位向量； 步骤3.1： 对细长管路自由端在 X、 Y、 Z方向分别施加转动小位移载荷后获得应力结果文 件； 各应力结果文件包含细长管路有限元模型中各个单元积分点在 模型坐标系下的应力张 量； 应力张量的单位 通常为Pa或Mpa； 步骤3.2： 求取应力张量 Qx， Qy、 Qz； 在应力结果文件中， 提取模型中所有积分点处的应力张量， 即Qx， Qy、 Qz； 步骤3.3： 调用matlab的sphere(n)函数生成球面模型； 所述球面模型包含n ×n个面、 (n+1) ×(n+1)个点， 其半径为1、 球面模型的球心位于球权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114154370 A 2面模型所处坐标系的原点 位置； 在球面模型中获取每个点的坐标： 记为(X1,Y1,Z1)， (X2,Y2,Z2)，…(Xk,Yk,Zk)…(Xn+1, Yn+1,Zn+1)； 步骤3.4： 选取任意点K， 将其坐标值(Xk,Yk,Zk)视为权重系数， 分别与Qx， Qy、 Qz相乘并线 性相加， 得到球面模型 上任意点k所对应的模型中所有积分点处的应力张量 步骤3.5： 使用Mises应力计算公式， 得到球面模型上任意点k所对应的模型中所有积分 点处的mises应力值集合 并在 中选取最大值 称为 转动空间球面模型 K点下管路最大积分点的mises应力； 步骤3.6： 按照步骤3.4和3.5的方式， 计算出转动空间球面模型上每个点对应管路最大 积分点的mises应力， 组成最大值向量序列 步骤3.7： 在最大值向量序列 中找出最大值和最小值及其对应在球面模型中的坐 标； 步骤3.8： 根据步骤3.7的结果， 使用matlab的surf函数绘制出自由端转动位移空间中 管路最大应力球形分布图， 从这个图中可以获得管路最大应力下自由端的转动位移单位向 量。 3.根据权利要求2所述的确定细长管路最大应力位移向量的快速分析方法， 其特征在 于： 所述步骤2.1中在X、 Y、 Z轴分别施加的平动小位移载荷， 以及步骤3.1中在X、 Y、 Z轴分别 施加的转动小位移载荷均应 保证管路对应的最大mises应力处于屈服 强度的10％至30％之 间。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114154370 A 3