CN103984805B - 压力容器仿真分析方法及模型参数无损传输装置 - Google Patents

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Abstract

一种压力容器仿真分析方法，包括：采集现有压力容器的客观参数；建立键值对照表；利用CAD工具导入结构尺寸关联的参数数据，形成线框模型；利用CAE工具导入线框模型；通过CAE工具将线框模型形成实体模型；CAE工具根据完整参数数据中结构尺寸关联的参数数据对实体模型确定网格划分，根据完整参数数据中物理属性参数，基于网格对分析模型施加载荷；利用CAE工具优化结果数据输出至键值对照表；键值对照表备份原有参数值，更新相应键值项目的原有参数值。本发明提高了有限元分析的建模和数据运算效率。还包括一种参数无损传输装置。

Description

压力容器仿真分析方法及模型参数无损传输装置
技术领域
本发明涉及一种数据处理方法及装置，特别是涉及一种用于客观模型仿真的数据处理方法及装置。
背景技术
随着推力系统设计需要，压力容器设备已被广泛使用于发射装置研制工作中。压力容器的设计方法已经有成熟的国标及行业标准来进行规范，其中强度性能分析方法主要包括传统设计方法和有限元分析设计方法。有限元分析方法具有准确掌握危险截面和反映复杂应力场的优势，通过对相应压力容器建立特征模型，利用有限元仿真分析方法进行模型分析在行业内得到了广泛的应用。
由于压力容器建模过程需要专用的CAD建模工具完成参数/非参数化的部件和零件的造型设计，而建模工具不具有完整的数据处理分析计算能力，专业的有限元分析工具数据处理优势在于数据的高精度运算，没有对模型特征参数进行拣选和预处理的能力，直接用于建模周期很长，这就导致建模工具和有限元分析工具间受限于模型传输方式，无法实现CAD/CAE软件之间参数的无损传递而导致部分或者全部设计参数丢失，在进行有限元模型处理时，需要重新定义设计参数，致使此种方法在系列化、参数化设计中由于多次定义设计参数而易出错、影响效率，使得对压力容器客观参数进行仿真计算的全过程中，数据误差增大，仿真结果可靠性降低，无法适应产品系列化以及快速研制的需求。系列化产品如果不能在现有成熟的模型上改进，进一步完善有限元分析，而是采用重新建模，往往会受到建模质量的影响，使得最终数据分析结果相关性降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种压力容器仿真分析方法，解决压力容器模型特征参数无法高效的向有限元分析工具进行无损数据传递的技术问题。
本发明的另一个目的是提供一种压力容器模型参数无损传输装置，解决有限元分析工具无法准确获得模型特征参数的技术问题。
本发明的压力容器仿真分析方法包括以下步骤：
采集现有压力容器的客观参数；
s04，建立键值对照表，将各组数据填入参数名称-参数值对照表，形成基础模型的完整参数数据；
s05，利用CAD工具的自动化数据接口导入完整参数数据中结构尺寸关联的参数数据，通过CAD工具形成压力容器的线框模型；
s06，利用CAE工具的自动化数据接口导入线框模型；
s07，通过CAE工具将线框模型形成实体模型；
s08，CAE工具根据完整参数数据中结构尺寸关联的参数数据对实体模型确定网格划分；
s09，利用CAE工具的自动化数据接口导入完整参数数据中物理属性参数，通过CAE工具基于网格对分析模型施加载荷；
s10，利用CAE工具的自动化数据接口将优化结果数据输出至键值对照表；
s11，键值对照表备份相应键值项目的原有参数值，更新相应键值项目的原有参数值。
还包括以下步骤：
根据仿真数据处理精度需要，重复步骤s05至s11提高运算精度。
还包括以下步骤：
达到运算精度，执行s12，利用CAD工具的自动化数据接口导入完整参数数据中结构尺寸关联的参数数据，通过CAD工具的自动化数据接口输出重构的几何基础模型。
采集现有压力容器的客观参数包括以下步骤：
对现有压力容器的几何结构参数进行采集，形成基础模型第一组数据；
对现有压力容器的关联参数或孤立参数进行采集，形成基础模型第二组数据；
对现有压力容器的物理属性参数进行采集，形成基础模型第三组数据。
用于所述压力容器仿真分析方法的参数无损传输装置，包括以下组成装置：
第一自动化数据接口，用于建立与CAD工具数据接口相匹配的单向数据传输链路；
第二自动化数据接口，用于建立与CAE工具数据接口相匹配的双向数据传输链路；
键名称存储装置，用于保存键的名称和属性；
键值存储装置，用于保存键的历次赋值，保存策略以时间或处理周期为主要因素；
更新控制装置，用于判断更新数据的合法性，为更新数据添加相应保存策略的标记；
第三自动化数据接口，用于接收上位系统的控制数据。
本发明以参数集合作为数据输入，供几何模型和有限元模型共同使用，简化了参数输入流程，便于控制输入的准确度；
参数集合作为CAD/CAE模型双向驱动的媒介，简化了商用分析软件接口开发工作，实现了CAD/CAE之间无缝参数驱动；
以闭环控制方式实现了性能分析过程，提高了工作效率和工作过程的可重复性；
将集成仿真分析方法应用于产品设计过程中，能实现产品性能的快速评价，推动系列化产品的快速研发，相应成果可用于产品优化设计过程。
下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。
附图说明
图1为本发明压力容器仿真分析方法的数据处理流程示意图；
图2为本发明仿真分析方法中压力容器模型参数无损传输装置的结构示意图；
图3为利用本发明压力容器仿真分析方法的一种具体的软件实现过程中参数采集示意图；
图4为利用本发明压力容器仿真分析方法的一种具体的软件实现过程中线框模型示意图；
图5为利用本发明压力容器仿真分析方法的一种具体的软件实现过程中实体模型示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明压力容器仿真分析方法的具体步骤如下：
s01，对现有压力容器的几何结构参数进行采集，形成基础模型第一组数据；
s02，对现有压力容器的关联参数或孤立参数进行采集，形成基础模型第二组数据；
s03，对现有压力容器的物理属性参数进行采集，形成基础模型第三组数据；
s04，建立键值对照表，将各组数据填入参数名称-参数值对照表，形成基础模型的完整参数数据；
s05，利用CAD工具的自动化数据接口导入完整参数数据中结构尺寸关联的参数数据，通过CAD工具形成压力容器的线框模型；
s06，利用CAE工具的自动化数据接口导入线框模型；
s07，通过CAE工具将线框模型形成实体模型；
s08，CAE工具根据完整参数数据中结构尺寸关联的参数数据对实体模型确定网格划分；
s09，利用CAE工具的自动化数据接口导入完整参数数据中物理属性参数，通过CAE工具对网格施加载荷；
s10，利用CAE工具的自动化数据接口将优化结果数据输出至键值对照表；
s11，键值对照表备份相应键值项目的原有参数值，更新相应键值项目的原有参数值；
根据仿真数据处理精度需要，或者重复步骤s05至s11提高运算精度；
或者达到运算精度，执行s12，利用CAD工具的自动化数据接口导入完整参数数据中结构尺寸关联的参数数据，通过CAD工具的自动化数据接口输出重构的几何基础模型。
采用本压力容器仿真分析方法，可以在现有成熟结构的基础上根据任务需要快速开发新的容器结构，本仿真方法可以准确地采集现有的结构参数和物理数据，并将完整的参数数据贯穿建模和有限元分析的完整过程中，使利用不同建模工具和有限元工具进行数据处理时，参数数据的类型和数量都不会丢失，可以实现采集参数、设计参数与仿真参数在系统间的无缝传递，进而为建模与有限元分析全程自动化的集成仿真提供了数据基础。
利用本仿真分析方法，可以将仿真结果直接反馈回建模过程，实现了以参数数据为驱动因素，建模和仿真的循环再生控制环路，提高了产品结构性能评估效率，缩短了研制周期。
如图2所示，用于本仿真分析方法的参数无损传输装置包括第一自动化数据接口100、第二自动化数据接口110、键名称存储装置120、键值存储装置130、更新控制装置140和第三自动化数据接口150，其中：
第一自动化数据接口100，用于建立与CAD工具数据接口相匹配的单向数据传输链路；
第二自动化数据接口110，用于建立与CAE工具数据接口相匹配的双向数据传输链路；
键名称存储装置120，用于保存键的名称和属性；
键值存储装置130，用于保存键的历次赋值，保存策略以时间或处理周期为主要因素；
更新控制装置140，用于判断更新数据的合法性，为更新数据添加相应保存策略的标记；
第三自动化数据接口150，用于接收上位系统的控制数据；
本参数无损传输装置可以高效地存储采集的完整参数数据，并实现一个键名称对应多个不同版本的键值数据，为建模集成仿真过程的自动化闭环控制提供了从参数数据的相关存储。通过不同的自动化数据接口可以实现与不同专业系统的数据透明传输链路，使数据流向不因为数据类型和流量互相干扰，进而实现了数据隔离。通过更新控制可以实现键与键值的一对多映射，标定不同键值的时间标记、周期标记等相关性参数，为数据分析和趋势汇总提供必要特征，接收上位系统的控制，进而影响仿真集成的各个过程，与特定的自动化数据接口配合可以完成数据流向控制。
进一步的具体实施例中，利用本发明压力容器仿真分析方法的一种具体的软件实现过程中，CAD工具采用UG，CAE工具采用ANSYS，第一自动化数据接口100采用UG OPEN API规范，第二自动化数据接口110采用通用几何接口规范结合APDL规范，第三自动化数据接口150采用.NET Framework通信规范，
如图3所示，通过测量采集压力容器的尺寸、特征等参数数据，行程如下表所列的键值对照表：
参数名 参数值 参数名 参数值
high_total thick
hc_tai r_2
high_bolt d_tai
r_f d_in
d_bolt d_f
如图4所示，UG依据UG OPEN API导入的尺寸参数建立线框模型。
ANSYS利用通用几何接口导入线框模型后，直接获得的原始参数数据如下表：
参数名 参数值 参数名 参数值
hc_tai r_2
high_bolt ……
可见部分键值已经随模型传递损失。
ANSYS根据线框模型生成实体模型后，用于网格划分和载荷条件需要，利用APDL从键值对照表中导入压力容器的物理特征参数。
如图5所示，ANSYS根据导入的数据对实体模型进行网格划分，并对网格施加载荷。
ANSYS的分析结果根据计算精度需要，利用APDL返回键值对照表，更新相应键的数值后，循环完成数据分析验证。
通过.NET Framework将分析结果和上位系统的控制流程相结合，形成可控的数据采集-线框建模-实体建模-网格划分-施加载荷-数据运算全过程的自动化数据分析，通过上位系统在键值对照表中调整、添加、变换键值，可以快速影响有限元分析的闭环控制，形成优化曲线，根据最优计算结果利用APDL和UG OPEN API输出重构的几何模型，有效提高了工作效率，充分利用了压力容器经过验证的的基础参数和数据。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种压力容器仿真分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
采集现有压力容器的客观参数；
s04，建立键值对照表，将各组数据填入参数名称-参数值对照表，形成基础模型的完整参数数据；
s05，利用CAD工具的自动化数据接口导入完整参数数据中结构尺寸关联的参数数据，通过CAD工具形成压力容器的线框模型；
s06，利用CAE工具的自动化数据接口导入线框模型；
s07，通过CAE工具将线框模型形成实体模型；
s08，CAE工具根据完整参数数据中结构尺寸关联的参数数据对实体模型确定网格划分；
s09，利用CAE工具的自动化数据接口导入完整参数数据中物理属性参数，通过CAE工具基于网格对分析模型施加载荷；
s10，利用CAE工具的自动化数据接口将优化结果数据输出至键值对照表；
s11，键值对照表备份相应键值项目的原有参数值，更新相应键值项目的原有参数值。
2.根据权利要求1所述的压力容器仿真分析方法，其特征在于：还包括以下步骤：
根据仿真数据处理精度需要，重复步骤s05至s11提高运算精度。
3.根据权利要求2所述的压力容器仿真分析方法，其特征在于：还包括以下步骤：
达到运算精度，执行s12，利用CAD工具的自动化数据接口导入完整参数数据中结构尺寸关联的参数数据，通过CAD工具的自动化数据接口输出重构的几何基础模型。
4.根据权利要求3所述的压力容器仿真分析方法，其特征在于：采集现有压力容器的客观参数包括以下步骤：
对现有压力容器的几何结构参数进行采集，形成基础模型第一组数据；
对现有压力容器的关联参数或孤立参数进行采集，形成基础模型第二组数据；
对现有压力容器的物理属性参数进行采集，形成基础模型第三组数据。
5.用于权利要求1至4任一所述压力容器仿真分析方法的参数无损传输装置，其特征在于：包括以下组成装置：
第一自动化数据接口（100），用于建立与CAD工具数据接口相匹配的单向数据传输链路；
第二自动化数据接口（110），用于建立与CAE工具数据接口相匹配的双向数据传输链路；
键名称存储装置（120），用于保存键的名称和属性；
键值存储装置（130），用于保存键的历次赋值，保存策略以时间或处理周期为主要因素；
更新控制装置（140），用于判断更新数据的合法性，为更新数据添加相应保存策略的标记；
第三自动化数据接口（150），用于接收上位系统的控制数据。
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