(19)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 202210816270.4 (22)申请日 2022.07.12 (71)申请人 中国工程物理研究院机 械制造工艺 研究所 地址 621000 四川省绵阳市绵山路64 号 (72)发明人 张博　王国伟　秦煜　孙明艳　 沈显峰　杨家林　王超　 (74)专利代理 机构 成都行之专利代理事务所 (普通合伙) 51220 专利代理师 张杨 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于分层有限元仿真的梯度点阵结构压缩 仿真方法及系统 (57)摘要 本发明公开了基于分层有限元仿真的梯度 点阵结构压缩仿真方法及系统， 涉及有限元仿真 领域， 其技术方案要点是： 建立有限元模 型， 采集 得到仿真数据； 根据位移数据和载荷数据构建载 荷‑位移曲线； 根据层致密化应变计算出层致密 化位移， 并截取层致密化位移之前的载荷 ‑位移 曲线部分为有效曲线； 将有效曲线综合后得到梯 度点阵结构的载荷数据和位移数据； 根据梯度点 阵结构的载荷数据和位移数据构建应力 ‑应变曲 线； 根据预设应变值匹配应变层以及确定应力 值， 并将应力值转换为载荷后调取应力 ‑应变云 图， 以及将各层的应力 ‑应变云图贴合后得到总 应力‑应变云图。 本发明可解决梯度点阵结构有 限元仿真的运算量大、 时间成本高和难以收敛的 问题。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115186552 A 2022.10.14 CN 115186552 A 1.基于分层有限元仿真的梯度点阵结构压缩仿真方法， 其特 征是， 包括以下步骤： 对梯度点阵结构中的每层 建立独立的有限元模型， 并对每个有限元模型施加相同的边 界条件和位移， 采集得到相应层的仿真数据； 根据各层仿真数据中的位移数据和载荷数据构建相应的载荷 ‑位移曲线； 根据层致密化应变计算出层致密化位移， 并截取层致密化位移之前的载荷 ‑位移曲线 部分为有效曲线； 将各层的有效曲线综合后得到梯度点阵结构的载荷数据和位移数据； 根据梯度点阵结构的载荷数据和位移数据构建应力 ‑应变曲线； 根据预设应变值从应力 ‑应变曲线中匹配应变层以及确定相应的应力值， 并将应力值 转换为载荷后从各层的仿 真数据中调取相应的应力 ‑应变云图， 以及将各层的应力 ‑应变云 图贴合后得到预设应 变值下表征梯度点阵结构变形的总应力 ‑应变云图。 2.根据权利要求1所述的基于分层有限元仿真的梯度点阵结构压缩仿真方法， 其特征 是， 所述有限元模型施加边界条件和位移具体为： 在顶端截面施加压缩方向位移载荷； 在底端截面中心局部截面上限制所有方向的位移； 以及， 底端截面的其 余面限制压缩方向位移。 3.根据权利要求1所述的基于分层有限元仿真的梯度点阵结构压缩仿真方法， 其特征 是， 所述仿真数据包括变形数据、 应力与应变分布状态数据、 顶端截面位移数据和载荷数 据。 4.根据权利要求1所述的基于分层有限元仿真的梯度点阵结构压缩仿真方法， 其特征 是， 所述载荷 ‑位移曲线的构建过程具体为： 将得出的位移和载荷数据列于载荷 ‑位移图中； 平滑连接所有数据点得到相应层的载荷 ‑位移曲线。 5.根据权利要求1所述的基于分层有限元仿真的梯度点阵结构压缩仿真方法， 其特征 是， 所述有效曲线的截取 过程具体为： 查找出层致密化应 变， 再乘以层压缩方向的高度， 得 出层致密化 位移； 层致密化应 变视作等同于梯度点阵结构致密化应 变。 6.根据权利要求1所述的基于分层有限元仿真的梯度点阵结构压缩仿真方法， 其特征 是， 所述梯度点阵结构的载荷数据和位移数据获得 过程具体为： 假设第a层， 取适当增量， 从第一次达到上一层致密化载荷的位移开始叠加， 并记录位 移对应的载荷， 直到位移再次到 达致密化 位移； 用记录的载荷对应未压溃的n ‑a层的载荷 ‑位移图， 查找第一次到达该载荷的位移， 将 得出的n‑a+1个位移 值与a‑1乘以层致密化位移的值相加， 取相加的和值作为梯度点阵结构 的位移， 载荷作为梯度点阵结构载荷； 重复该步骤直到第n层， n 为梯度点阵结构的层数， 1≤a≤n。 7.根据权利要求1所述的基于分层有限元仿真的梯度点阵结构压缩仿真方法， 其特征 是， 所述应力 ‑应变曲线的构建过程具体为： 将梯度点阵结构的位移除以梯度点阵结构压缩方向的高度作为梯度点阵结构的应 变； 梯度点阵结构的载荷除以垂直于 压缩方向的表 观横截面积作为梯度点阵结构的应力；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115186552 A 2将所有数据列于应力 ‑应变图中， 平 滑连接后得到 仿真应力 ‑应变曲线。 8.基于分层有限元仿真的梯度点阵结构压缩仿真系统， 其特 征是， 包括： 分层仿真模块， 用于对梯度点阵结构中的每层建立独立的有限元模型， 并对每个有限 元模型施加相同的边界条件和位移， 采集得到相应层的仿真数据； 第一曲线模块， 用于根据各层仿真数据中的位移数据和载荷数据构建相应的载荷 ‑位 移曲线； 曲线截取模块， 用于根据层致密化应变计算出层致密化位移， 并截取层致密化位移之 前的载荷 ‑位移曲线部分为有效曲线； 曲线综合模块， 用于将各层的有 效曲线综合后得到梯度点阵结构的载荷数据和位移数 据； 第二曲线模块， 用于根据梯度点阵结构的载荷数据和位移数据构建应力 ‑应变曲线； 叠加仿真模块， 用于根据预设应变值从应力 ‑应变曲线中匹配应变层以及确定相应的 应力值， 并将 应力值转换为载荷后从各层的仿 真数据中调取相应的应力 ‑应变云图， 以及将 各层的应力 ‑应变云图贴合后得到预设应变值下表征梯度点阵结构变形 的总应力 ‑应变云 图。 9.一种计算机终端， 包含存储器、 处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算 机程序， 其特征是， 所述处理器执行所述程序时实现如权利要求 1‑7中任意一项 所述的基于 分层有限元仿真的梯度点阵结构压缩仿真方法。 10.一种计算机可读介质， 其上存储有计算机程序， 其特征是， 所述计算机程序被处理 器执行可实现如权利要求 1‑7中任意一项 所述的基于 分层有限元仿 真的梯度点阵结构 压缩 仿真方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115186552 A 3