CN105224769A - 一种基于Web浏览器的CAE数据处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Web浏览器的CAE数据处理方法及系统，所述方法包括：向Web浏览器中导入CAD模型，以使Web浏览器以3D形式进行显示；后台云计算平台将CAD模型划分为对应的网格并发送至Web浏览器进行显示，得到相应文件格式的有限元模型；对有限元模型进行参数设置，并设置有限元求解器；根据设置的所述有限元求解器，将有限元模型的文件格式转换成与有限元求解器对应的文件格式；对文件格式转换后的有限元模型进行求解分析，并将求解分析结果处理成可视化结果返回给Web浏览器进行显示。本发明将现有的CAE仿真处理平台搬到Web浏览器上，可以在Web浏览器上显示各部分的处理结果，做到可视化效果。

Description

一种基于Web浏览器的CAE数据处理方法及系统

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，具体涉及一种基于Web浏览器的CAE数据处理方法及系统。

背景技术

目前使用商用成熟CAE软件都需要购买昂贵的licence并配备专业级的硬件设施，例如NASTRAN、ABAQUS、ANSYS、MARC、NUMECA、CFD++等大型通用有限元软件。商用CAE软件有各自的特长和优势，如果想实现跨领域的计算求解，一是可能要购买不同的商业CAE软件，其次还需要进行额外的数据转换工作。而购买这些昂贵的软硬件后可能仅仅使用其中的小部分功能而造成资源浪费。如何按需给客户提供CAE服务并降低客户使用CAE服务的成本是未来CAE软件的一个发展方向。

近年来，随着开源软件的发展，一些开源CAE求解器在精度，性能、实用性上已经非常接近商业求解器，例如Code_Aster、Calculix、OpenFoam等。这些求解器完全可用于实用开发，但是目前缺乏实用的前后处理器，这对很多求解器的实用和推广是个很大的限制。尤其前处理涉及到建几何模型，导入几何模型，网格划分，材料，属性设置等，每一项都需要比较专业的处理工具。

随着2014年HTML5标准规范最终制定完成并公开发布，基于WebGL的3D功能的集成使得它在三维、图形及特效特性方面能取得非常不错的视觉效果。在Web浏览器上通过HTML5技术构建CAE的前后处理成为可能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于Web浏览器的CAE数据处理方法及系统，将现有的CAE仿真处理平台搬到Web浏览器上，可以在Web页面显示各部分的处理结果，做到可视化效果。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

依据本发明的一个方面，提供了一种基于Web浏览器的CAE数据处理方法，所述方法包括：

S1、向Web浏览器中导入CAD模型，以使Web浏览器以3D形式进行显示，且将CAD模型发送给后台云计算平台；

S2、后台云计算平台按照在Web页面设置的预设要求将所述CAD模型划分为对应的网格，以得到相应文件格式的有限元模型，并将划分后的有限元模型转换成X3D模型返回至Web浏览器进行显示；

S3、在Web页面上对所述有限元模型进行属性设置以及求解条件设置，并设置有限元求解器以及有限元分析类型；

S4、根据选择的所述有限元求解器，后台云计算平台将有限元模型的文件格式转换成与所述有限元求解器对应的文件格式；

S5、后台云计算平台调用所述有限元求解器，按照预先设定的有限元分析类型，对文件格式转换后的有限元模型进行求解分析，得到求解分析结果，并将所述求解分析结果处理成可视化结果返回至Web浏览器进行显示。

依据本发明的另一个方面，提供了一种基于Web浏览器的CAE数据处理系统，

所述系统包括Web浏览器和后台云计算平台；

所述Web浏览器包括：

显示模块，用于将导入的CAD模型以3D形式进行显示，以及将后台云计算平台划分后的网格和对有限元求解分析结果处理成的可视化结果进行显示；

模型发送模块，用于将所述导入的CAD模型发送给后台云计算平台；

参数设置模块，用于在Web页面上对有限元模型进行属性设置以及求解条件设置，并设置有限元求解器以及有限元分析类型；

所述后台云计算平台包括：

网格划分模块，用于按照在Web页面设置的预设要求将所述CAD模型划分为对应的网格，得到相应文件格式的有限元模型；

格式转换模块，用于根据设置的所述有限元求解器，将有限元模型的文件格式转换成与所述有限元求解器对应的文件格式；

求解分析模块，用于调用所述有限元求解器，按照预先设定的有限元分析类型，对文件格式转换后的有限元模型进行求解，得到求解分析结果。

本发明提供的一种基于Web浏览器的CAE数据处理方法及系统，将CAE数据处理的主要三个部分：前处理、有限元分析和后处理的处理结果均以网页的形式显示于Web浏览器，以及对有限元模型的参数设置均在Web页面上进行，提供了一套Web版的CAE工具，把CAE客户端搬到Web浏览器，工程师只需要通过网页，无需预先安装任何插件，即可进行CAE数据的全面操作、对CAE数据的计算状态进行全面监控及其对求解分析结果进行预览和处理。

附图说明

图1为本发明实施例1的一种基于Web浏览器的CAE数据处理方法流程图；

图2为本发明实施例2的一种基于Web浏览器的CAE数据处理系统示意图；

图3为本发明实施例3网格划分流程图；

图4为本发明实施例4文件格式转换流程图；

图5为本发明实施例5求解分析结果后处理流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1、一种基于Web浏览器的CAE数据处理方法。以下结合图1对本实施例提供的方法进行详细说明。

参见图1，S1、向Web浏览器中导入CAD模型，以使Web浏览器以3D形式进行显示，且将CAD模型发送给后台云计算平台。

具体的，在需要对CAD/CAE数据进行处理时，将预先建立的CAD模型导入Web浏览器，本实施例支持现有的工业CAD软件(如CATIA或UG等)所导出的存储文件格式，包括但不限于.igs、.step和.stl等。Web浏览器将导入的CAD模型以3D形式在Web页面进行显示，实现直观的可视化，并将CAD模型发送至后台云计算平台。其中，本实施例通过HTML5+X3DOM技术实现CAD模型在Web浏览器上的展示。CAD模型展示时可以有如下几种模式：只展示CAD模型的表面、只展示CAD模型的线框或者两者均展示。

S2、后台云计算平台按照在Web页面设置的预设要求将所述CAD模型划分为对应的网格，得到相应文件格式的有限元模型，并将划分后的有限元模型转换成X3D模型返回至Web浏览器进行显示。

具体的，接收到Web浏览器发送的CAD模型后，后台云计算平台利用开源算法并按照预设要求对CAD模型进行自动网格划分。其中，预设要求可以在Web页面上进行设置，比如，对网格划分的单元属性参数进行设置，规定网格划分的单元精细度以及网格划分的单元形状(三角形或四边形，四面或者六面体等)。按照CAD模型的类型，并可以在Web页面上选择网格划分工具，后台云计算平台采用选择的网格划分工具将CAD模型划分为相应类型的网格，比如，可划分为二维、三维结构网格或者流体网格。划分网格之后，即得到了相应文件格式的有限元模型。后台云计算平台还将划分后的网格模型转换成X3D模型返回至Web浏览器进行显示，以使工程师能够清晰可见划分后的网格。其中，在对划分后的网格展示时，可将网格拾取后的数据进行标记显示(比如，进行高亮显示)。另外，在本实施例中,后台云计算平台还支持直接导入商用软件生成的有限元模型文件，例如，NASTRAN、ABAQUS、ANSYS等。

S3、在Web页面对所述有限元模型进行属性设置以及求解条件设置，并设置有限元求解器以及有限元分析类型。

具体的，后台云计算平台对CAD模型进行网格划分之后，并在Web页面显示，可以在Web页面对有限元模型进行属性设置以及求解条件设置，比如，工程师可在Web页面根据已有的工程数据库来选择有限元模型所使用的材料和型材等参数来定义有限元模型的属性，同时设定载荷和边界条件等有限元求解条件用于对有限元模型的求解。工程师还可以在Web页面上选择用于有限元模型求解分析的有限元求解器以及选择有限元求解分析类型。本实施例支持多种开源有限元求解器，比如，Calculix、Code_Aster、OpenFoam等。这些求解器能够支持多种类型的有限元求解分析，比如，线性和非线性静力学和动力学分析、热分析、热力耦合分析及CFD分析。针对不同求解器中不同的分析类型，如静力学分析或者是动力学分析，将会定制相应的参数配置表，如求解迭代次数、输出结果对象和内容等，将该参数配置表显示于Web页面上。当工程师选定有限元分析类型后，只需在参数配置表中填写相应的参数即可完成有限元分析所需的设置。另外，工程师还可以对计算资源进行填写，比如，需要占用后台云计算平台几个核的计算资源和最长计算时间，以便按需要的计算资源进行计算分配。

S4、根据设置的所述有限元求解器，后台云计算平台将有限元模型的文件格式转换成与所述有限元求解器对应的文件格式。

具体的，根据工程师在Web页面上选择的有限元求解器，将步骤S2网格划分后得到的有限元模型的文件格式转换成与选择的有限元求解器对应的文件格式。其中，一种有限元求解器对应多种文件格式的有限元模型，因此需要进行文件格式的转换，比如，将step文件格式向X3D文件格式进行转换。

S5、后台云计算平台调用所述有限元求解器，按照预先设定的分析类型，对文件格式转换后的有限元模型进行求解分析，得到求解分析结果，并将求解分析结果处理成可视化结果返回至Web浏览器进行显示。

具体的，后台云计算平台根据在Web页面上选择的有限元求解器，调用对应的有限元求解器，并按照在Web页面上预先设定的有限元分析类型，对文件格式转换后的有限元模型进行求解分析，得到有限元求解分析结果，后台云计算平台采用ParaView服务器将有限元求解分析结果进行后处理，生成可视化结果，比如，后台云计算平台将求解分析结果以彩色云图、矢量图、粒子流迹图、立体切片图、透明及半透明显示(可看到结构内部)等图形方式或者以表格或文本的形式返回给Web浏览器进行显示。

实施例2、一种基于Web浏览器的CAE数据处理系统。以下结合图2对本实施例提供的系统进行详细说明。

参见图2，本实施例提供的系统包括Web浏览器10和后台云计算平台20。其中，Web浏览器10包括显示模块101、模型发送模块102和参数设置模块103，后台云计算平台20包括网格划分模块201、格式转换模块202和有限元求解模块203。

其中，Web浏览器10中的显示模块101，用于将导入的CAD模型以3D形式进行显示，以及将后台云计算平台20划分后的网格和对有限元求解结果处理后的可视化结果进行显示。

模型发送模块102，用于将所述导入的CAD模型发送给后台云计算平台20。

参数设置模块103，用于在Web页面对有限元模型进行属性设置以及求解条件设置，并设置有限元求解器以及有限元分析类型。

后台云计算平台20中的网格划分模块201，用于按照在Web页面设置的预设要求将所述CAD模型划分为对应的网格，得到相应文件格式的有限元模型。

格式转换模块202，用于根据设置的所述有限元求解器，将有限元模型的文件格式转换成与所述有限元求解器对应的文件格式。

求解分析模块203，用于调用所述有限元求解器，按照预先设定的有限元分析类型，对文件格式转换后的有限元模型进行求解分析，得到求解分析结果。

其中，后台云计算平台20还包括负载均衡服务器204、Web服务器集群205和ParaView服务器集群206。所述负载均衡服务器204，用于接收Web浏览器10的请求消息，判断该请求消息是否为后处理请求消息，若是，将该请求消息分发给ParaView服务器集群206，若否，将该请求消息分发给Web服务器集群205。本实施例中，负载均衡服务器选择Nginx服务器，当然也可以选择其它的服务器，主要用起到负载均衡和静态页面处理的作用。所述Web服务器集群205，用于按照请求消息内容，判断所述请求消息为同步请求消息还是异步请求消息。所述ParaView服务器集群206，用于通过RPC远程过程调用图像计算服务，对求解后的求解分析结果进行图形计算处理，以得到可视化结果。

需要说明的是，Web服务器集群205在接收到负载均衡服务器204发送的请求消息后，若待处理模型数据为CAD模型数据，则将CAD模型数据存入文件服务器集群30中。当所述Web服务器集群205判断出所述请求消息为异步请求消息时，将该请求消息放入消息队列207中的请求消息队列中，其中，所述网格划分模块201、格式转换模块202以及求解分析模块203监听该请求消息队列。当所述网格划分模块201/格式转换模块202/求解分析模块203监听到请求消息队列中的请求消息时，读取其中的请求消息，并从文件服务器集群30中获取待处理模型数据，根据请求消息中的处理命令，对待处理模型数据进行相应的数据处理，得到模型数据处理结果，并将模型数据处理结果存入文件服务器集群30，且将模型数据处理成功消息放入消息队列207中的应答消息队列中，其中，Web服务器集群205监听该应答消息队列。当Web服务器集群205监听到应答消息队列中的模型数据处理成功消息时，读取应答消息队列中的模型数据处理成功消息并反馈至Web浏览器。

当ParaView服务器集群206接收到负载均衡服务器204发送的后处理请求消息时，从文件服务器集群30中读取有限元求解分析结果，通过RPC远程过程调用图像计算服务，采用WebGL绘图标准对求解分析结果进行图形渲染，并将渲染后的图形生成HTML5网页并发送至Web浏览器10。其中，ParaView服务器集群206以彩色云图、矢量图、粒子流迹图、切面、表格或文本的形式生成HTML5网页，并返回至Web浏览器10进行显示。

另外，本实施例提供的系统还设置有多种数据库用于存储各类数据，其中，主要包括云数据库Hbase、内存数据库Redis以及MySQL数据库。云数据库Hbase，主要用于存储CAD模型、进行网格划分后的有限元模型、有限元求解后的求解分析结果以及对有限元模型设置的属性参数和有限元求解条件参数以方便查询。内存数据库Redis，用于缓存页面数据以提高页面访问效率。MySQL数据库，主要用于存储工程的相关配置和操作信息。

实施例3、图3为CAE数据处理过程中网格划分流程。

参见图3，Web服务器向负载均衡服务器发送网格划分的请求消息，负载均衡服务器判断该请求消息为非后处理请求，因此，将该请求消息转发给Web服务器。Web服务器判断该请求消息为异步请求消息，将该请求消息放入请求消息队列中。网格划分模块监听到请求消息队列中的网格划分请求，从文件服务器中读取CAD模型数据，并进行网格划分，并将网格划分后的有限元网格模型数据上传至文件服务器集群进行存储，且将网格划分成功消息放入应答消息队列中，Web服务器监听到应答消息队列中的网格划分成功消息后，从文件服务器集群中获取有限元网格模型数据并转换成X3D模型返回至Web浏览器进行显示。

实施例4、图4为CAE数据处理过程中文件格式转换流程。

参见图4，本实施例中文件格式转换过程与实施例3中网格划分过程相同，只是将网格划分请求代替为文件格式转换请求，具体的过程可以参考实施例3，在此不再赘述。

实施例5、图5为求解分析结果后处理流程。

参见图5，Web浏览器向负载均衡服务器发送后处理请求消息，负载均衡服务器判断该请求消息为后处理请求消息，将该请求消息转发给ParaView服务器集群。ParaView服务器集群接收到后处理请求消息后，从文件服务器集群中获取有限元求解分析结果，并通过RPC远程过程调用图形计算服务对有限元求解分析结果进行图形计算处理，比如，进行图形渲染等，并将图形处理后的可视化结果返回至Web浏览器进行显示。

本发明提供的一种基于Web浏览器的CAE数据处理方法及其处理系统，将CAE数据处理的主要三个部分：前处理、有限元分析和后处理的处理结果均以网页的形式显示于Web浏览器，以及对有限元模型的参数设置均在Web页面上进行，提供了一套Web版的CAE工具，把CAE客户端搬到Web浏览器，可在各类终端使用，诸如PC机、平板电脑甚至手机，工程师只需要通过网页，无需预先安装任何插件，即可进行CAE数据的全面操作、对CAE数据的计算状态进行全面监控及其对求解分析结果进行预览和处理。

由于Web前端的计算能力有限，本发明搭建后台云计算平台，主要在后台云计算平台上进行数据处理(包括网格划分、格式转换、有限元求解分析以及图形后处理计算)，减轻了Web前端的数据处理负担，并通过并行计算提高效率以解决图形渲染和有限元求解分析等复杂计算问题。

此外，本发明支持多种有限元求解器以及多种有限元分析类型，能够满足多种类型的CAD模型的分析处理，更方便处理CAD模型数据。

另外，本发明中设置了多种数据库，比如，设置了云数据库Hbase，将模型相关信息进行存储以方便查询，且设置了内存数据库Redis进行缓存页面数据，以提高Web浏览器页面访问效率。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例一”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于Web浏览器的CAE数据处理方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、向Web浏览器中导入CAD模型，以使Web浏览器以3D形式进行显示，且将CAD模型发送给后台云计算平台；

S2、后台云计算平台按照在Web页面设置的预设要求将所述CAD模型划分为对应的网格，以得到相应文件格式的有限元模型，并将划分后的有限元模型转换成X3D模型返回至Web浏览器进行显示；

S3、在Web页面上对所述有限元模型进行属性设置以及求解条件设置，并设置有限元求解器以及有限元分析类型；

S4、根据设置的所述有限元求解器，后台云计算平台将有限元模型的文件格式转换成与选择的所述有限元求解器对应的文件格式；

S5、后台云计算平台调用所述有限元求解器，按照预先设定的有限元分析类型，对文件格式转换后的有限元模型进行求解分析，得到求解分析结果，并将所述求解分析结果处理成可视化结果返回至Web浏览器进行显示。

2.如权利要求1所述的基于Web浏览器的CAE数据处理方法，其特征在于，所述步骤S2中后台云计算平台按照在Web页面设置的预设要求将所述CAD模型划分为对应的网格具体包括：

后台云计算平台按照在Web页面上预先设置的网格划分参数，采用相应的网格划分工具，将所述CAD模型划分为对应的网格，其中，网格划分参数至少包括网格单元的属性参数、网格划分的单元精细度以及网格划分的单元形状。

3.如权利要求1所述的基于Web浏览器的CAE数据处理方法，其特征在于，所述步骤S5中通过填写相应的参数配置表来预先设定有限元分析类型。

4.如权利要求1所述的基于Web浏览器的CAE数据处理方法，其特征在于，所述步骤S5中将所述求解分析结果处理成可视化结果返回至Web浏览器进行显示具体包括：

后台云计算平台将所述求解分析结果以彩色云图、矢量图、粒子流迹图、切面、表格或文本的形式输出至Web浏览器进行显示。

5.一种基于Web浏览器的CAE数据处理系统，其特征在于，所述系统包括Web浏览器和后台云计算平台；

所述Web浏览器包括：

显示模块，用于将导入的CAD模型以3D形式进行显示，以及将后台云计算平台划分后的网格和对有限元求解分析结果处理后的可视化结果进行显示；

模型发送模块，用于将所述导入的CAD模型发送给后台云计算平台；

参数设置模块，用于在Web页面上对有限元模型进行属性设置以及求解条件设置，并设置有限元求解器以及有限元分析类型；

所述后台云计算平台包括：

网格划分模块，用于按照在Web页面设置的预设要求将所述CAD模型划分为对应的网格，得到相应文件格式的有限元模型；

格式转换模块，用于根据设置的所述有限元求解器，将有限元模型的文件格式转换成与所述有限元求解器对应的文件格式；

求解分析模块，用于调用所述有限元求解器，按照预先设定的有限元分析类型，对文件格式转换后的有限元模型进行求解，得到求解分析结果。

6.如权利要求5所述的基于Web浏览器的CAE数据处理系统，其特征在于，所述后台云计算平台还包括负载均衡服务器、Web服务器集群以及ParaView服务器集群；

所述负载均衡服务器，用于接收Web浏览器的请求消息，判断该请求消息是否为后处理请求消息，若是，将该请求消息分发给ParaView服务器集群，若否，将该请求消息分发给Web服务器集群；

所述Web服务器集群，用于按照请求消息内容，判断所述请求消息为同步请求消息还是异步请求消息；

所述ParaView服务器集群，用于通过RPC远程过程调用图像计算服务，对求解后的求解分析结果进行图形计算处理，以得到可视化结果。

7.如权利要求6所述的基于Web浏览器的CAE数据处理系统，其特征在于，当所述Web服务器集群判断出所述请求消息为异步请求消息时，将该请求消息放入请求消息队列中，其中，所述网格划分模块、格式转换模块以及求解分析模块监听该请求消息队列；

当所述网格划分模块/格式转换模块/求解分析模块监听到该请求消息中的请求消息时，从文件服务器集群中获取待处理模型数据，并进行相应的数据处理，得到模型数据处理结果，并将模型数据处理结果存入所述文件服务器集群中，且将模型数据处理成功消息放入应答消息队列中，其中，Web服务器监听该应答消息队列；

当Web服务器监听到应答消息队列中的模型数据处理成功消息时，读取该模型数据处理成功消息并反馈给Web浏览器。

8.如权利要求6所述的基于Web浏览器的CAE数据处理系统，其特征在于，所述ParaView服务器集群具体用于：

当接收到所述负载均衡服务器发送的请求消息时，从文件服务器集群中读取有限元求解分析结果，通过RPC远程过程调用图像计算服务，采用WebGL绘图标准对求解分析结果进行图形渲染，并将渲染后的图形生成HTML5网页并返回至Web浏览器。

9.如权利要求8所述的基于Web浏览器的CAE数据处理系统，其特征在于，PrarView服务器集群以彩色云图、矢量图、粒子流迹图、切面、表格或文本的形式生成HTML5网页，并返回至Web浏览器进行显示。

10.如权利要求9所述的基于Web浏览器的CAE数据处理系统，其特征在于，所述系统还包括：

云数据库Hbase，用于存储CAD模型、进行网格划分后的有限元模型、有限元求解后的求解分析结果以及对有限元模型设置的属性参数和有限元求解条件参数；

内存数据库Redis，用于缓存页面数据以提高页面访问效率。