CN107992652A - 一种自动化工程计算仿真方法及系统 - Google Patents

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熊超超
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Abstract

本发明公开了一种自动化工程计算仿真方法，包括：上传待计算的工程模型；输入所述工程模型的模型参数、模拟条件和设计目标；根据所述模型参数和所述模拟条件进行模拟计算，获得满足所述设计目标的结果分析报告。另外，本发明公开了一种自动化工程计算仿真装置。本发明操作简单，计算效率高，且成本低廉。

Description

一种自动化工程计算仿真方法及系统
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种自动化工程计算仿真方法及系统。
背景技术
一般意义上来说，CAE(Computer Aided Engineering)主要指用计算机对工程和产品进行性能与安全可靠性分析，对其未来的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷，并证实未来工程、产品功能和性能的可用性和可靠性。
CAE从60年代初在工程上开始应用到今天，已经历了50多年的发展历史，其理论和算法都经历了从蓬勃发展到日趋成熟的过程，现已成为工程和产品结构分析中(如航空、航天、机械、土木结构等领域)必不可少的数值计算工具，同时也是分析连续力学各类问题的一种重要手段。
CAE软件的主体是有限元分析(FEA，Finite Element Analysis)软件。有限元方法的基本思想是将结构离散化，用有限个容易分析的单元来表示复杂的对象，单元之间通过有限个节点相互连接，然后根据变形协调条件综合求解。由于单元的数目是有限的，节点的数目也是有限的，所以称为有限元法。这种方法灵活性很大，只要改变单元的数目，就可以使解的精确度改变，得到与真实情况无限接近的解。
应用CAE软件对工程或产品进行性能分析和模拟时，一般要经历以下三个过程：
前处理：给实体建模与参数化建模，构件的布尔运算，单元自动剖分，节点自动编号与节点参数自动生成，载荷与材料参数直接输入有公式参数化导入，节点载荷自动生成，有限元模型信息自动生成等。
有限元分析：有限单元库，材料库及相关算法，约束处理算法，有限元系统组装模块，静力、动力、振动、线性与非线性解法库。大型通用题的物理、力学和数学特征，分解成若干个子问题，由不同的有限元分析子系统完成。一般有如下子系统：线性静力分析子系统、动力分析子系统、振动模态分析子系统、热分析子系统等。
后处理：根据工程或产品模型与设计目标，对有限元分析结果进行用户所要求的加工、检查，并以图形方式提供给用户，辅助用户判定计算结果与设计方案的合理性。
根据经验，CAE分析各阶段所用的时间为：40％～45％用于前处理，50％～55％用于后处理，而真正用于有限元分析计算时间只占5％左右。
传统CAE前处理过程需要操作人员具备深厚的力学、工学、计算机以及数学背景，并具有一定的一线实践经验才能够得到比较准确的结果，对于分析人员素质要求非常高，属于国内紧缺的高端人才。一般中小企业无法满足人员配备条件，而实际情况是普通企业对于CAE分析内容的要求其实并不高，不需要分析人员研究某些高端创新性工作，只要能够得到某种工况类型的一般分析结论即可。因此，传统CAE的分析人员综合素质要求高，分析前处理过程复杂、耗时长等缺点不利于中小企业的应用。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，提供了一种自动化工程计算仿真方法及系统，操作简单，计算效率高，且成本低廉。
本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：
一方面，本发明提供一种自动化工程计算仿真方法，包括：
上传待计算的工程模型；
输入所述工程模型的模型参数、模拟条件和设计目标；
根据所述模型参数和所述模拟条件进行模拟计算，获得满足所述设计目标的结果分析报告。
进一步地，所述自动化工程计算仿真方法还包括：
根据所述结果分析报告不断调整输入的模型参数进行模拟计算，直到获得最优结果分析报告。
进一步地，所述根据所述模型参数和所述模拟条件进行模拟计算，获得满足所述设计目标的结果分析报告，具体包括：
根据所述模型参数计算网格密度，并划分计算离散网格；
根据所述模拟条件提交计算脚本进行模拟计算，获得满足所述设计目标的结果分析报告。
进一步地，所述获得满足所述设计目标的结果分析报告，具体包括：
获得满足所述设计目标的工程结果；
根据所述工程结果生成截图或视频报告，获得所述结果分析报告。
进一步地，所述模型参数包括模型特征值；
所述网格的大小小于预设比例的所述模型特征值。
另一方面，本发明提供一种自动化工程计算仿真装置，包括：
上传模块，用于上传待计算的工程模型；
输入模块，用于输入所述工程模型的模型参数、模拟条件和设计目标；以及，
计算模块，用于根据所述模型参数和所述模拟条件进行模拟计算，获得满足所述设计目标的结果分析报告。
进一步地，所述自动化工程计算仿真装置还包括：
调整模块，用于根据所述结果分析报告调整输入的模型参数进行模拟计算，直到获得最优结果分析报告。
进一步地，所述计算模块具体包括：
划分单元，用于根据所述模型参数计算网格密度，并划分计算离散网格；以及，
计算单元，用于根据所述模拟条件提交计算脚本进行模拟计算，获得满足所述设计目标的结果分析报告。
进一步地，所述计算单元具体用于：
获得满足所述设计目标的工程结果，以根据所述工程结果生成截图或视频报告，获得所述结果分析报告。
进一步地，所述模型参数包括模型特征值；
所述网格的大小小于预设比例的所述模型特征值。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
上传工程模型并输入该工程模型的模型参数、模拟条件和设计目标，提交并等待计算完成后，即可直接下载查看结果分析报告，操作简单，使得中小企业能够实现快速、简便、易用的简化CAE流程分析，无需设计人员具备力学、数学等背景，只需将计算核心参数输入，即可得到计算结果，大大降低了中小企业做有限元分析的门槛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的自动化工程计算仿真方法的一种实施例的流程示意图；
图2是本发明提供的自动化工程计算仿真方法的另一种实施例的流程示意图；
图3是本发明提供的自动化工程计算仿真装置的一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种自动化工程计算仿真方法，参见图1，该方法包括：
S1、上传待计算的工程模型；
S2、输入所述工程模型的模型参数、模拟条件和设计目标；
S3、根据所述模型参数和所述模拟条件进行模拟计算，获得满足所述设计目标的结果分析报告。
需要说明的是，本实施例针对普通CAE分析中不利于中小企业应用的固有顽疾进行了改进，将企业特定分析流程做成B-S架构的网页订制模块。企业分析人员将自己需要计算的工程问题与设计人员对接交流，使设计人员做好求解流程模型，即工程模型。企业分析人员直接从网页登录个人账号，通过网页上传需要计算的工程模型，同时输入预先沟通好的可变分析参数，即工程模型的模型参数、模拟条件和设计目标。其中，工程模型的设计目标为企业分析人员对工程问题关心的内容。进而，提交任务，将任务分配到计算资源池当中进行运算，在计算完成后，企业分析人员即可直接下载查看结果分析报告。
本实施例主要实现了CAE仿真分析中，前处理以及计算分析过程的自动化，通过网页的形式进行了界面封装，通过后台计算服务器的形式实现了计算硬件、软件资源的调用。网页封装形式可以做成软件客户端等其他图形化或者非图形化的交互方式，后台服务器也可以通过部署到本地个人电脑的资源实现计算过程。
进一步地，所述自动化工程计算仿真方法还包括：
根据所述结果分析报告不断调整输入的模型参数进行模拟计算，直到获得最优结果分析报告。
需要说明的是，预先设置工程模型的模型参数范围，从该模型参数范围中选取一个模型参数输入后进行模拟计算，获得一个结果分析报告，企业分析人员根据该结果分析报告调整模型参数，即再从模型参数范围内选取一个模型参数进行模拟计算，获得一个结果分析报告，如此循环操作，直到获得最优解，即最优结果分析报告。
进一步地，所述根据所述模型参数和所述模拟条件进行模拟计算，获得满足所述设计目标的结果分析报告，具体包括：
根据所述模型参数计算网格密度，并划分计算离散网格；
根据所述模拟条件提交计算脚本进行模拟计算，获得满足所述设计目标的结果分析报告。
进一步地，所述获得满足所述设计目标的结果分析报告，具体包括：
获得满足所述设计目标的工程结果；
根据所述工程结果生成截图或视频报告，获得所述结果分析报告。
需要说明的是，本实施例搭配自动网格生成，自动提交计算脚本至对应有限元软件的后台计算集群，自动生成并返回结果分析报告。
以设计圆筒冲压参数为例，原有CAD三维模型设计图纸通过网页直接上传到企业设计人员个人账号目录下，会自动将CAD三维模型转换为适合CAE计算分析的三维模型，并在计算网页中输入模型参数、模拟条件和设计目标，其中模型参数包括模型倒角、凸模长度、板材参数，模拟条件包括冲压工艺参数，设计目标包括应力、应变等。在输入模型参数后，自动根据模型参数计算网格密度并划分计算离散网格，并补充其他计算条件，如边界条件等。在输入所有参数后点击提交计算，自动将任务分配到计算资源池(后台计算服务器)当中进行运算，即可在完成后直接查看结果分析报告，即自动将分析结果安装预设的观察窗口位置、结果及取值范围等生成对应的截图或者视频报告，得到应力、应变等预先关心的设计要求目标位置的报告，企业分析人员在网页即可查看。
本实施例整合了集群计算管理技术、CAE自动化求解管理技术、CAE网格自动划分技术，能够使CAE分析人员无需配置管理CAE分析计算机，无需手动划分CAE算例网格，无需设置全部CAE算例求解参数，无需手动调试制作CA结果分析报告，即可直接得到可接受的CAE算例分析结果。
进一步地，所述模型参数包括模型特征值；
所述网格的大小小于预设比例的所述模型特征值。
需要说明的是，网格可根据模型特征值的大小设置为多种精度，网格大小一般小于模型特征值的十分之一或十五分之一，可根据具体工程问题进行设置。
参见图2，是本发明提供的自动化工程计算仿真方法的另一种实施例的流程示意图，包括：
S21、上传计算模块至WEB站点；
S22、输入待求解参数。
S23、查看结果分析报告。
S24、分析结果是否为最优解；若否，则调整待求解参数，并反馈步骤S22，若是，则执行步骤S25。
S25、得到最优解。
本发明实施例上传工程模型并输入该工程模型的模型参数、模拟条件和设计目标，提交并等待计算完成后，即可直接下载查看结果分析报告，操作简单，使得中小企业能够实现快速、简便、易用的简化CAE流程分析，无需设计人员具备力学、数学等背景，只需将计算核心参数输入，即可得到计算结果，大大降低了中小企业做有限元分析的门槛。
本发明实施例提供了一种自动化工程计算仿真装置，能够实现上述自动化工程计算仿真方法的所有流程，参见图3，所述自动化工程计算仿真装置包括：
上传模块1，用于上传待计算的工程模型；
输入模块2，用于输入所述工程模型的模型参数、模拟条件和设计目标；以及，
计算模块3，用于根据所述模型参数和所述模拟条件进行模拟计算，获得满足所述设计目标的结果分析报告。
进一步地，所述自动化工程计算仿真装置还包括：
调整模块，用于根据所述结果分析报告调整输入的模型参数进行模拟计算，直到获得最优结果分析报告。
进一步地，所述计算模块具体包括：
划分单元，用于根据所述模型参数计算网格密度，并划分计算离散网格；以及，
计算单元，用于根据所述模拟条件提交计算脚本进行模拟计算，获得满足所述设计目标的结果分析报告。
进一步地，所述计算单元具体用于：
获得满足所述设计目标的工程结果，以根据所述工程结果生成截图或视频报告，获得所述结果分析报告。
进一步地，所述模型参数包括模型特征值；
所述网格的大小小于预设比例的所述模型特征值。
本发明实施例上传工程模型并输入该工程模型的模型参数、模拟条件和设计目标，提交并等待计算完成后，即可直接下载查看结果分析报告，操作简单，使得中小企业能够实现快速、简便、易用的简化CAE流程分析，无需设计人员具备力学、数学等背景，只需将计算核心参数输入，即可得到计算结果，大大降低了中小企业做有限元分析的门槛。
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)

1.一种自动化工程计算仿真方法，其特征在于，包括：
上传待计算的工程模型；
输入所述工程模型的模型参数、模拟条件和设计目标；
根据所述模型参数和所述模拟条件进行模拟计算，获得满足所述设计目标的结果分析报告。
2.如权利要求1所述的自动化工程计算仿真方法，其特征在于，所述自动化工程计算仿真方法还包括：
根据所述结果分析报告不断调整输入的模型参数进行模拟计算，直到获得最优结果分析报告。
3.如权利要求1所述的自动化工程计算仿真方法，其特征在于，所述根据所述模型参数和所述模拟条件进行模拟计算，获得满足所述设计目标的结果分析报告，具体包括：
根据所述模型参数计算网格密度，并划分计算离散网格；
根据所述模拟条件提交计算脚本进行模拟计算，获得满足所述设计目标的结果分析报告。
4.如权利要求3所述的自动化工程计算仿真方法，其特征在于，所述获得满足所述设计目标的结果分析报告，具体包括：
获得满足所述设计目标的工程结果；
根据所述工程结果生成截图或视频报告，获得所述结果分析报告。
5.如权利要求3所述的自动化工程计算仿真方法，其特征在于，所述模型参数包括模型特征值；
所述网格的大小小于预设比例的所述模型特征值。
6.一种自动化工程计算仿真装置，其特征在于，包括：
上传模块，用于上传待计算的工程模型；
输入模块，用于输入所述工程模型的模型参数、模拟条件和设计目标；以及，
计算模块，用于根据所述模型参数和所述模拟条件进行模拟计算，获得满足所述设计目标的结果分析报告。
7.如权利要求6所述的自动化工程计算仿真装置，其特征在于，所述自动化工程计算仿真装置还包括：
调整模块，用于根据所述结果分析报告调整输入的模型参数进行模拟计算，直到获得最优结果分析报告。
8.如权利要求1所述的自动化工程计算仿真装置，其特征在于，所述计算模块具体包括：
划分单元，用于根据所述模型参数计算网格密度，并划分计算离散网格；以及，
计算单元，用于根据所述模拟条件提交计算脚本进行模拟计算，获得满足所述设计目标的结果分析报告。
9.如权利要求8所述的自动化工程计算仿真装置，其特征在于，所述计算单元具体用于：
获得满足所述设计目标的工程结果，以根据所述工程结果生成截图或视频报告，获得所述结果分析报告。
10.如权利要求8所述的自动化工程计算仿真装置，其特征在于，所述模型参数包括模型特征值；
所述网格的大小小于预设比例的所述模型特征值。
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