本發(fā)明涉及蝸殼建模，具體涉及一種蝸殼流道有限元建模方法、計算機設(shè)備及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、抽水蓄能電站地下廠房結(jié)構(gòu)復(fù)雜，隨著機組運行水頭和轉(zhuǎn)速不斷提高，廠房結(jié)構(gòu)振動等問題日益突出。在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，一般采用有限元分析方法進行地下廠房結(jié)構(gòu)動力仿真計算，以明確地下廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，有效預(yù)防廠房結(jié)構(gòu)的振動過大。而網(wǎng)格劃分質(zhì)量是影響仿真計算精度的關(guān)鍵因素。在地下廠房建模過程中，蝸殼流道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有三維空間曲線形狀，網(wǎng)格劃分較為困難。

2、當(dāng)前利用四面體網(wǎng)格進行劃分，對復(fù)雜幾何形狀具有較強的適應(yīng)性，但對于地下廠房結(jié)構(gòu)動力計算，四面體網(wǎng)格在應(yīng)力集中區(qū)域可能無法提供足夠的精度，影響仿真結(jié)果的可靠性。同時，四面體網(wǎng)格單元數(shù)量多，容易導(dǎo)致計算時間增加和資源消耗增大，劃分效率較低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種蝸殼流道有限元建模方法、計算機設(shè)備及存儲介質(zhì)，以提高網(wǎng)格劃分效率。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種蝸殼流道有限元建模方法，該蝸殼流道有限元建模方法包括：基于蝸殼流道的斷面參數(shù)構(gòu)建多個典型斷面，典型斷面包括直管斷面和彎管斷面；對于直管斷面，以斷面圓心構(gòu)建直管斷面圓周，在直管斷面圓周上均勻確定第一數(shù)量的直管斷面交點，連接相鄰的直管斷面交點的圓弧邊，構(gòu)建得到第一數(shù)量的直管斷面圓弧邊；對于彎管斷面，以斷面圓心構(gòu)建彎管斷面圓周，基于預(yù)設(shè)高度在彎管斷面圓周的彎管內(nèi)側(cè)確定兩個座環(huán)交點，連接兩個座環(huán)交點的圓弧短邊，構(gòu)建得到座環(huán)導(dǎo)葉圓弧邊；基于圓弧過渡因子在兩個座環(huán)交點連接的圓弧長邊上確定第一數(shù)量的彎管斷面交點，連接相鄰的彎管斷面交點、連接相鄰的彎管斷面交點和座環(huán)交點，構(gòu)建得到第一數(shù)量的彎管斷面圓弧邊；對于相鄰典型斷面，連接對應(yīng)的斷面交點，構(gòu)建得到第一數(shù)量的第一曲線；對于相鄰彎管斷面，連接對應(yīng)的座環(huán)交點，構(gòu)建得到兩條第二曲線；斷面交點包括直管斷面交點和彎管斷面交點；基于相鄰第一曲線和第一曲線連接的斷面圓弧邊構(gòu)建側(cè)壁面；斷面圓弧邊包括直管斷面圓弧邊和彎管斷面圓弧邊；基于相鄰第二曲線和第二曲線連接的座環(huán)圓弧邊構(gòu)建座環(huán)面；基于斷面圓弧邊、第一曲線、第二曲線、側(cè)壁面和座環(huán)面構(gòu)建蝸殼流道網(wǎng)格。

3、在該實現(xiàn)方式中，通過構(gòu)建典型斷面劃分直管段和彎管段，分別對直管段和彎管段進行不同網(wǎng)格劃分。對于直管段只構(gòu)建均勻的側(cè)壁面，對于彎管段考慮座環(huán)導(dǎo)葉對側(cè)壁面的影響，利用圓弧過渡因子構(gòu)建不同于直管段的側(cè)壁面，能夠確保側(cè)壁面過渡平順，并提高網(wǎng)格質(zhì)量。進一步考慮座環(huán)導(dǎo)葉在構(gòu)建側(cè)壁面的基礎(chǔ)上進一步構(gòu)建座環(huán)面，能夠提高網(wǎng)格劃分效率，從而提高仿真計算的精度和可靠性。

4、在一種可選的實施方式中，基于蝸殼流道的斷面參數(shù)構(gòu)建多個典型斷面包括：獲取蝸殼流道的斷面參數(shù)，斷面參數(shù)包括斷面圓心與坐標原點的圓心距離，斷面圓周半徑，斷面角度；基于斷面參數(shù)在蝸殼流道中確定多個典型斷面；對典型斷面從直管斷面至彎管斷面進行命名，依次為0～n斷面，其中，0斷面為直管斷面，1～n斷面彎管斷面；對于每個典型斷面，以斷面圓心與坐標原點的連線方向為x軸，以蝸殼流道的高程方向為y軸，構(gòu)建局部坐標系。

5、在該實現(xiàn)方式中，根據(jù)蝸殼流道的斷面參數(shù)構(gòu)建每個典型斷面，再對每個典型斷面構(gòu)建對應(yīng)的局部坐標系，能夠便于對不同斷面進行不同分析，提高后續(xù)網(wǎng)格劃分效率。

6、在一種可選的實施方式中，對于直管斷面，以斷面圓心構(gòu)建直管斷面圓周，在直管斷面圓周上均勻確定第一數(shù)量的直管斷面交點，連接相鄰的直管斷面交點的圓弧邊，構(gòu)建得到第一數(shù)量的直管斷面圓弧邊，包括：對于直管斷面，以斷面圓心構(gòu)建直管斷面圓周，按照x軸逆時針方向均勻依次確定第一直管斷面交點、第二直管斷面交點、第三直管斷面交點和第四直管斷面交點；連接第一直管斷面交點和第四直管斷面交點的圓弧邊，構(gòu)建得到第一直管斷面圓弧邊，連接第一直管斷面交點和第二直管斷面交點的圓弧邊，構(gòu)建得到第二直管斷面圓弧邊，連接第二直管斷面交點和第三直管斷面交點的圓弧邊，構(gòu)建得到第三直管斷面圓弧邊，連接第三直管斷面交點和第四直管斷面交點的圓弧邊，構(gòu)建得到第四直管斷面圓弧邊。

7、在該實現(xiàn)方式中，對于直管斷面，在均勻構(gòu)建直管斷面交點的基礎(chǔ)上，均勻構(gòu)建直管斷面圓弧邊，能夠確保每個圓弧的曲率相同，不至于圓弧曲率過大，能夠生成質(zhì)量較高的網(wǎng)格。

8、在一種可選的實施方式中，對于彎管斷面，以斷面圓心構(gòu)建彎管斷面圓周，基于預(yù)設(shè)高度在彎管斷面圓周的彎管內(nèi)側(cè)確定兩個座環(huán)交點，連接兩個座環(huán)交點的圓弧短邊，構(gòu)建得到座環(huán)圓弧邊，包括：對于彎管斷面，以斷面圓心構(gòu)建彎管斷面圓周，在彎管斷面圓周的彎管內(nèi)側(cè)的y軸高度h/2處確定第一座環(huán)交點，在彎管斷面圓周的彎管內(nèi)側(cè)的y軸高度-h/2處確定第二座環(huán)交點；連接第一座環(huán)交點和第二座環(huán)交點的圓弧短邊，構(gòu)建得到座環(huán)圓弧邊。

9、在該實現(xiàn)方式中，考慮座環(huán)導(dǎo)葉在彎管斷面的位置，將座環(huán)確定在萬端斷面圓周的彎管內(nèi)側(cè)，在高度±h/2處確定座環(huán)交點，進一步確定座環(huán)圓弧邊，能夠?qū)⒆h(huán)導(dǎo)葉確定在彎管內(nèi)側(cè)中間，能夠生成質(zhì)量較高的網(wǎng)格。

10、在一種可選的實施方式中，基于圓弧過渡因子在兩個座環(huán)交點連接的圓弧長邊上確定第一數(shù)量的彎管斷面交點，連接相鄰的彎管斷面交點、連接相鄰的彎管斷面交點和座環(huán)交點，構(gòu)建得到第一數(shù)量的彎管斷面圓弧邊，包括：當(dāng)彎管斷面為1斷面時，以斷面圓心構(gòu)建彎管斷面圓周，按照x軸逆時針方向均勻依次在圓弧長邊上確定第一彎管斷面交點、第二彎管斷面交點、第三彎管斷面交點和第四彎管斷面交點；其中，第一彎管斷面交點、第二彎管斷面交點、第三彎管斷面交點和第四彎管斷面交點的角度分別與第一直管斷面交點、第二直管斷面交點、第三直管斷面交點和第四直管斷面交點的角度相同；將第一彎管斷面交點和第一座環(huán)交點之間的圓弧邊作為第一彎管銜接圓弧邊，將第四彎管斷面交點和第二座環(huán)交點之間的圓弧邊作為第二彎管銜接圓弧邊；當(dāng)彎管斷面為2～n斷面時，基于圓弧過渡因子fi和i斷面的第一彎管銜接圓弧邊li1′的第一弧長確定i+1斷面的第一彎管銜接圓弧邊li+11′的第二弧長為：arc(li+11′)＝fi×arc(li1′)；其中，圓弧過渡因子fi小于零；基于圓弧過渡因子fi和i斷面的第二彎管銜接圓弧邊li2′的第三弧長確定i+1斷面的第二彎管銜接圓弧邊li+12′的第四弧長；基于第二弧長在y軸的正方向確定第一彎管斷面交點，基于第四弧長在y軸的負方向確定第四彎管斷面交點，基于第二直管斷面交點和第三直管斷面焦點確定第二彎管斷面交點和第三彎管斷面交點；其中，第二彎管斷面交點和第三彎管斷面交點的角度分別與第二直管斷面交點和第三直管斷面交點的角度相同；連接第一彎管斷面交點和第四彎管斷面交點的圓弧邊，構(gòu)建得到第一彎管斷面圓弧邊，連接第一彎管斷面交點和第二彎管斷面交點的圓弧邊，構(gòu)建得到第二彎管斷面圓弧邊，連接第二彎管斷面交點和第三彎管斷面交點的圓弧邊，構(gòu)建得到第三彎管斷面圓弧邊，連接第三彎管斷面交點和第四彎管斷面交點的圓弧邊，構(gòu)建得到第四彎管斷面圓弧邊。

11、在該實現(xiàn)方式中，利用圓弧過渡因子對彎管段的圓弧進行調(diào)整，能夠保證彎管圓弧過渡平順，進一步提高網(wǎng)格質(zhì)量。

12、在一種可選的實施方式中，基于相鄰第一曲線和第一曲線連接的斷面圓弧邊構(gòu)建側(cè)壁面，包括：對于0斷面和1斷面，基于相鄰第一曲線、第一直管斷面圓弧邊和第一彎管斷面圓弧邊構(gòu)建第一直管側(cè)壁面；基于相鄰第一曲線、第二直管斷面圓弧邊和第二彎管斷面圓弧邊構(gòu)建第二直管側(cè)壁面；基于相鄰第一曲線、第三直管斷面圓弧邊和第三彎管斷面圓弧邊構(gòu)建第三直管側(cè)壁面；基于相鄰第一曲線、第四直管斷面圓弧邊和第四彎管斷面圓弧邊構(gòu)建第四直管側(cè)壁面；對于1～n斷面，基于相鄰第一曲線，第一彎管斷面圓弧邊構(gòu)建第一彎管側(cè)壁面；基于相鄰第一曲線，第二彎管斷面圓弧邊構(gòu)建第二彎管側(cè)壁面；基于相鄰第一曲線，第三彎管斷面圓弧邊構(gòu)建第三彎管側(cè)壁面；基于相鄰第一曲線，第四彎管斷面圓弧邊構(gòu)建第四彎管側(cè)壁面。

13、在一種可選的實施方式中，基于相鄰第二曲線和第二曲線連接的座環(huán)圓弧邊構(gòu)建座環(huán)面，之前還包括：利用第一直管側(cè)壁面切分n斷面和n-1斷面之間的第一彎管側(cè)壁面、第二彎管側(cè)壁面、第三彎管側(cè)壁面和第四彎管側(cè)壁面，并刪除切分區(qū)域；獲取第一直管側(cè)壁面和彎管側(cè)壁面在蝸殼流道的直管段軸向上的第一交點和第二交點；在第一交點和第二交點上，分別沿蝸殼流道的直管段軸向垂直方向建立第一工作平面和第二工作平面，并利用第一工作平面和第二工作平面切割第一直管側(cè)壁面，將第一直管側(cè)壁面劃分為三個子側(cè)壁面。

14、在該實現(xiàn)方式中，考慮直管段和彎管段的重疊區(qū)域，進行區(qū)域刪除，能夠保證蝸殼流道的建模準確性，進一步根據(jù)切割部分對直管側(cè)壁面進行側(cè)壁劃分，能夠提高網(wǎng)格劃分的流暢性。

15、在一種可選的實施方式中，基于相鄰第二曲線和第二曲線連接的座環(huán)圓弧邊構(gòu)建座環(huán)面，包括：對于1～n斷面，基于相鄰第二曲線和第二曲線連接的座環(huán)圓弧邊構(gòu)建座環(huán)面。

16、第二方面，本發(fā)明提供了一種計算機設(shè)備，包括：存儲器和處理器，存儲器和處理器之間互相通信連接，存儲器中存儲有計算機指令，處理器通過執(zhí)行計算機指令，從而執(zhí)行上述第一方面或其對應(yīng)的任一實施方式的蝸殼流道有限元建模方法。

17、第三方面，本發(fā)明提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，該計算機可讀存儲介質(zhì)上存儲有計算機指令，計算機指令用于使計算機執(zhí)行上述第一方面或其對應(yīng)的任一實施方式的蝸殼流道有限元建模方法。