基于分子动力学的有限元网格划分技术及在客船结构中的应用

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在客船甲板大跨度板架中,横向强框架与纵桁腹板通常电缆与风管开孔分布密集,容易出现开孔应力集中、板架刚度损失以及振动风险。由于布置经常调整,为满足其反复的计算验证需要,通常需要进行参数化建模。目前船体结构参数化建模普遍采用在商业软件基础上进行二次开发,生成有限元网格后不做或略作修改后进入有限元计算流程。这种方法具有对商业软件的依赖性强、编程调试效率低下、代码不可复用等问题。本文基于三维计算机图形学研究开发了有限元前后处理系统。首先,网格划分在初始粒子分布的基础上,借助-势以及库伦势,从分子体系的动力学方程出发,使网格划分域内的粒子在外力驱使下发生运动并逐渐达到平衡。随即根据网格划分域内的粒子分布构造图以及三角形剖分。合并相邻三角形后得到一系列偶数边形网格。对非四边形的偶数边形网格进行相应处理后,最佳情况下可以得到全四边形网格。然后,借助微软基础类库(MFC)和开放图形库(Open GL)使用编程语言C++建立具有三维视图的图形用户界面,生成MSC.NASTRAN有限元计算软件的输入文件,并实现对其PUNCH输出文件的读取。最后,针对客船中普遍存在的大跨度板架,使用上述方法进行参数化建模、屈服强度计算以及屈曲强度计算,验证了本文所述方法的有效性。
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