(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 202210601550.3 (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 江苏科技大学 地址 212100 江苏省镇江市丹徒区长晖路 666号 (72)发明人 王仁华　王志文　王芳园　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 徐澍 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/10(2020.01) (54)发明名称 钢结构构件有限元分析模型中不规则裂纹 的建模方法 (57)摘要 本发明公开一种钢结构构件有限元分析模 型中不规则裂纹的建模 方法， 随机产生或按规划 路径产生不规则裂纹， 通过一系列彼此交叠的圆 柱体构造构 件几何模型中的不规则裂纹， 根据裂 纹宽度范围随机确定每个圆柱体的半径和相邻 两个圆柱体的中心之间的间距， 随机确定相邻两 个圆柱体 之间的相对 方位； 使所有圆柱体与裂纹 区发生布尔运算， 构造出含不规则裂纹构件的几 何模型； 针对裂纹区之外的完善区， 用映射方式 划分完善区的有限元网格， 用自由方式划分裂纹 区有限元网格， 得到含不规则裂纹构件的有限元 分析模型； 本发 明用随机生 成方法确定的不规则 裂纹形态与真实结构构件的裂纹损伤更为接近， 所构建的模型更为准确地评估在役结构构件性 能的退化 规律。 权利要求书2页 说明书6页 附图5页 CN 115221746 A 2022.10.21 CN 115221746 A 1.一种钢结构构件有限元分析模型中不规则裂纹的建模方法， 其特征是包括以下步 骤： 步骤(1)依据钢结构构件形状建立全局坐标系O ‑XYZ， 根据构件几何尺寸建立构件几何 模型， 随机产生或按规划路径产生不规则裂纹， 以不规则裂纹的裂纹区范围中心为坐标原 点建立虚拟平面直角坐标系xoy， x、 y轴方向分别和X、 Y轴方向一致， 将坐标系xoy的任一象 限作为裂纹起始位置； 步骤(2)通过一系列彼此交叠的圆柱体构造构件几何模型中的不规则裂纹， 根据裂纹 宽度随机确定每个圆柱体的半径和相 邻两个圆柱体中心之 间的间距， 随后随机确定相 邻两 个圆柱体之间的相对方位； 步骤(3)在裂纹区建立所有圆柱体， 使这些所有圆柱体与裂纹区发生布尔运算， 构造出 含不规则裂纹构件的几何模型； 步骤(4)在所述的含不规则裂纹构件的几何模型上， 针对裂纹区之外的完善区， 用映射 方式划分完善区的有限元网格， 用自由方式划分裂纹区有限元网格， 得到含不规则裂纹构 件的有限元分析模型， 完成建模。 2.根据权利要求1所述的钢结构构件有限元分析模型中不规则裂纹的建模方法， 其特 征是： 步骤(2)中， 根据所述的裂纹起始位置确定第一个圆柱体的位置， 在裂纹宽度范围内 随机产生第一个和第二个圆柱体的半径， 以第一个圆柱体的中心为起点， 随机生成一个中 心间距离和方位角， 确定出第二个圆柱体的中心位置； 再以第二个圆柱体作为起点产生第 三个圆柱体， 如此往复， 产生所述的一系列交叠的圆柱体。 3.根据权利要求2所述的钢结构构件有限元分析模型中不规则裂纹的建模方法， 其特 征是： 定义一个二维数 组CK(N,4)记录每个圆柱体在 全局坐标系O ‑XYZ的中心 位置坐标及半 径， 二维数组CK(N,4)的每一行数据对应一个构 造裂纹时所产生的圆柱体i的坐标位置X、 Y、 Z和半径R， i∈n， n 为圆柱体总数目， n≤N， N 为二二维数组的长度， 当满足 时停止产生圆柱体； LCK为裂纹长 度， di为相邻两个圆柱体中心的间距。 4.根据权利要求3所述的钢结构构件有限元分析模型中不规则裂纹的建模方法， 其特 征是： 相邻 两个圆柱体的中心之间的最小间距为0.5*CKL， CKL为裂纹宽度 范围的下限值， 二 维数组长度N ＝2*LCK/ CKL。 5.根据权利要求2所述的钢结构构件有限元分析模型中不规则裂纹的建模方法， 其特 征是： 在裂纹宽度范围[0.5*CKL,0.5*CKU]内随机产生圆柱体的半径， CKL为裂纹宽度范围的 下限值， CKU为裂纹宽度范围的上限值。 6.根据权利要求2所述的钢结构构件有限元分析模型中不规则裂纹的建模方法， 其特 征是： 将第 二个圆柱体的半径与第一个圆柱体的半径相比， 得出较小半径RL和较大半径RU， 在半径区间[RL， RU]内生成随机数， 作为两交叠圆柱体的中心 距离d1。 7.根据权利要求6所述的钢结构构件有限元分析模型中不规则裂纹的建模方法， 其特 征是： 在设定的方位角区间[αL, αU]随机产生一个方位角 α1， 以第一圆柱体中心 为起点， 根据 中心距离d1和方位角 α1确定第二个圆柱体的位置 。 8.根据权利要求7所述的钢结构构件有限元分析模型中不规则裂纹的建模方法， 其特权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115221746 A 2征是： 第二个圆柱体 的位置坐标的计算方法为： X＝CK[1][1]+d1*COSα1， Y＝CK[1][2]+d1* SINα1。 9.根据权利要求7所述的钢结构构件有限元分析模型中不规则裂纹的建模方法， 其特 征是： 判断第二个圆柱体是否在裂纹 区内， 当所生成的第二个圆柱体接近裂纹 区边界， 则重 新随机产生方位角 α1， 使其落入裂纹区内。 10.根据权利要求9所述的钢结构构件有限元分析模型中不规则 裂纹的建模方法， 其特 征是： 设置一个距离阈值， 控制裂纹与裂纹区边界之间的距离不得小于该设定的距离阈值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115221746 A 3