(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 202211009892.2 (22)申请日 2022.08.23 (71)申请人 天津大学 地址 300072 天津市南 开区卫津路9 2号 (72)发明人 黎慧珊　练继建　刘润　杨旭　 王孝群　 (74)专利代理 机构 天津市三利专利商标代理有 限公司 12107 专利代理师 李文洋 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) (54)发明名称 基于刚度等效的有限元 结构简化分析方法 (57)摘要 本发明涉及数值分析技术领域， 特别是一种 基于刚度等效的有限元结构简化 分析方法， 采用 有限元软件abaqus进行实施， 整个简化分析过程 分为建立等效结构模型、 计算等效刚度矩阵和计 算目标结构三个阶段， 依次计算完成。 通过刚度 属性， 考虑了等效结构对目标结构力学计算的影 响， 相比一般简化方法， 能够更准确地模拟目标 结构的受力特性。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115374672 A 2022.11.22 CN 115374672 A 1.一种基于刚度等效的有限元结构简化分析方法， 其特征在于： 采用有限元软件 abaqus进行实施， 整个简化分析过程分为建立等效结构模型、 计算等效刚度矩阵和 计算目 标结构三个阶段， 依次计算完成。 2.根据权利要求1所述的基于刚度等效的有限元结构简化分析方法， 其特征在于， 所述 建立等效结构模型阶段包括以下步骤： 步骤1： 新建等效结构模型I， 在等效结构模型I中建立等效结构中所包含的各部件模 型， 所述等效结构为整体结构 中需要用刚度矩阵进行等效替代的部分， 等效结构通常由多 个不同部件组成； 步骤2： 设置材 料属性， 并将其赋予等效结构中对应的部件； 步骤3： 对所有部件进行装配， 形成装配 体； 步骤4： 设置计算分析步； 建立子结构生成分析步， 选择线性摄动子结构生成选项， 计算 复原矩阵区域设置时选择整个等效结构模 型， 并将子结构标识符命名为Z(X)， 一般X为大于 或等于1的整数； 步骤5： 建立相互作用； 根据等效结构中不同部件之间的连接关系分别设置接触条件与 约束条件； 步骤6： 设置荷载与边界条件； 等效结构模型I的计算中不施加任何荷载， 仅设置边界约 束条件： 基于子结构分析步， 选择等效结构中与下述目标结构相交的截面部位， 保留其节 点 自由度， 其余边界约束与整体结构 中等效结构自有的边界约束设置相同； 所述目标结构为 整体结构中去除等效结构后剩下的部分， 目标 结构将用于结构的目标计算； 步骤7： 进行有限元网格的划分； 步骤8： 提交作业进行计算， 得到计算结果_Z(X).sim文件。 3.根据权利要求1所述的基于刚度等效的有限元结构简化分析方法， 其特征在于， 所述 计算等效刚度矩阵包括以下步骤： 步骤1： 新建子结构模型II， 在子结构模型II中导入等效结构模型I的计算结果_Z(X) .sim文件构成子结构模型II的部件， 此部件包含等效结构模型I的所有属性， 包括材料属 性、 相互作用、 荷载与边界条件及网格划分， 然后对部件进行装配， 形成装配 体； 步骤2： 设置计算分析步 为静力通用， 时间为1秒； 步骤3： 建立相互作用， 创建参考点RP1， 该点一般位于等效结构与目标结构相交截面的 中心处， 并将其与子结构模型I I中保留自由度的节点进行耦合， 记作耦合 点RP1； 步骤4： 提交作业进行计算， 创建作业并写入.inp文件， 在此.inp文件中添加生成整体 刚度矩阵的关键字， 对修改后的.inp 文件重新提交计算， 得到计算结果.mtx文件， 整理得到 耦合点RP1的刚度矩阵， 该矩阵即为 等效刚度矩阵。 4.根据权利要求1所述的基于刚度等效的有限元结构简化分析方法， 其特征在于， 所述 计算目标 结构包括以下步骤： 步骤1： 新建目标结构模型III， 目标结构模型III中目标结构的部件、 材料属性及装配 体的建模方法与等效结构模型I中等效结构的建模方法相同； 步骤2： 设置计算分析步， 根据计算目标设置相对应的计算分析步； 步骤3： 建立相互作用， 创建参考点RP2， 原则上该点和点RP1在整体结构中属于相同位置 点， 选择目标结构中与上述等效结构相交的截面部位， 将其与点RP2进行耦合， 记作耦合点权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115374672 A 2RP2， 在耦合点RP2上建立连接器， 并在连接属性设置 中输入等效刚度矩阵， 然后将连接属性 赋予连接器； 再根据目标结构中不同部件 之间的连接关系分别设置其余接触条件与约束 条 件； 步骤4： 设置荷载与边界条件。 根据计算目标设置相对应的荷载条件， 并根据整体结构 中目标结构自有的边界约束对连接器设置等效边界约束； 步骤5： 进行有限元网格的划分； 步骤6： 提交作业进行计算。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115374672 A 3