CN108229085A - 计算机仿真模拟分析系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种计算机仿真模拟系统和方法，提取上传的几何模型中的预定参数化信息；根据所提取的参数化信息更新几何模型尺寸；选择几何模型中需要划分网格的部分，或者选择全部几何模型，完成网格的划分，并显示网格划分的结果；然后进行仿真求解计算并将仿真求解计算结果输出为可视化结果。本发明将CAE分析中的各个步骤，包括CAD快速建模、CAE前处理中的自动化网格生成、边界条件设置等功能固化下来，将多学科工具集成到同一环境中，使得系统设计人员能够独立、快速、便捷的进行结构模态、强度等分析，进行多方案比较，优选方案，从而提高总体设计效率和设计水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种计算机仿真模拟系统和方法，尤其涉及一种计算量小、分析速度快的计算机仿真模拟分析系统。
背景技术
随着计算机辅助工程(Computer Aided Engineering，CAE)技术的发展，在复杂产品的研制过程中，CAE分析的作用不断提高，不过在传统的仿真分析中，通常是以CAD(Computer Aided Design，计算机辅助设计)几何为中心，工程数据被直接地附加到几何上，按照传统设计流程，当CAD几何模型变化时，后续仿真设计部门就需要大量的人工重复工作才能执行对新设计方案的仿真，尤其涉及到复杂产品的多学科仿真设计时，由于多学科问题涉及跨部门的合作，使用了多种仿真软件，每次更改都会消耗大量人力，且容易出错，导致项目周期变长。
发明内容
针对目前计算机仿真模拟分析计算存在的问题和不足，本发明提供了一种快速、智能、可靠的CAE分析方法和系统。
本发明第一个方面是提供一种计算机仿真模拟系统，包括：
数据采集模块：用于导入图形作为几何模型，并提供查看图形界面；
几何模型模块：提取上传的几何模型中的预定参数化信息；根据所提取的参数化信息更新几何模型尺寸，并更新界面中的几何模型的视图；
网格划分模块：选择几何模型中需要划分网格的部分，或者选择全部几何模型，完成网格的划分，并显示网格划分的结果；
仿真分析模块：进行仿真求解计算；
结果数据模块：将仿真求解计算结果输出为可视化结果。
本发明第二个方面是提供一种计算机仿真模拟方法，包括：
导入图形作为几何模型；
提取上传的几何模型中的预定参数化信息；根据所提取的参数化信息更新几何模型尺寸；
选择几何模型中需要划分网格的部分，或者选择全部几何模型，完成网格的划分，并显示网格划分的结果；
进行仿真求解计算；
将仿真求解计算结果输出为可视化结果。
本发明的一种优选实施例中，所述数据采集模块支持计算机绘图文件的导入、导出和显示，例如CAD几何模型的导入、导出和显示。
本发明所导入的图形的文件格式可以是、但不限于STP、STL、IGES等格式。
在本发明的一种优选实施例中，所述预定参数化信息包括但不限于CAD几何模型预设的可进行参数化设置的尺寸、角度等信息。
在本发明的一种优选实施例中，所述网格划分可以是自动对导入的几何模型进行网格划分，或者根据预设参数对导入的几何模型进行网格划分。
其中，所述网格划分模块中预设的参数包括但不限于需要进行网格划分的单元类型、单元尺寸、单元阶数、所需CPU或CPU核数中的任意一种或几种。
在本发明的一种优选实施例中，所述仿真分析模块包括、但不限于如下模块中的一种或几种：
仿真分析类型选择模块：用于选择仿真分析的计算方法，并根据不同的分析类型，预设求解参数；
材料定义模块：用于定义网格划分后的几何模型局部或全部材料参数；
边界条件定义模块：用于定义需要仿真分析的边界条件类型、各方向约束条件等；工况定义模块：用于定义需要仿真分析的工况参数，优选地，包括但不限于载荷类型、载荷数值、步长信息中的一种或几种。
本发明所述“边界条件”是：运动边界上方程组的解应该满足的条件。
在本发明的一种优选实施例中，所述仿真分析、和/或仿真求解计算包括：选择仿真类型并根据仿真类型获得仿真分析方法；其中，所述仿真类型包括、但不限于如下内容中的一种或几种：
定义网格划分后的几何模型局部或全部材料参数；
定义需要仿真分析的边界类型、各方向约束条件；
用于定义需要仿真分析的工况参数，优选地，包括但不限于载荷类型、载荷数值、步长信息中的一种或几种。
在本发明的一种优选实施例中，所述仿真分析模块中设置有求解计算的CPU数目或CPU数目，以实现仿真的高性能和并行计算。
在本发明的一种优选实施例中，所述仿真求解计算结果输出为图表、图形、图像、数据、文字、声音、视频中的一种或几种。
在本发明的一种优选实施例中，所述计算机仿真模拟系统还包括：
耦合模块：用于将某一次仿真计算的结果数据中的全部或部分，作为边界条件或工况定义条件，耦合到后续其他几何模型的网格划分结果中，将所述结果数据作为边界条件或工况定义参与后续其他几何模型的仿真模拟中。
在本发明的一种优选实施例中，所述计算机仿真模拟方法还包括：
导入第二图形作为第二几何模型；
提取上传的第二几何模型中的预定参数化信息；根据所提取的参数化信息更新第二几何模型尺寸；
选择第二几何模型中需要划分网格的部分，或者选择全部第二几何模型，完成网格的划分；
将之前某一次仿真计算的结果数据中的全部或部分，作为边界条件或工况定义条件，耦合到第二几何模型的网格划分结果中，进行仿真求解计算；
将仿真求解计算结果输出为可视化结果。
在一种优选实施例中，所述结果数据模块具有存储所述结果数据功能。
本发明提供的计算机仿真模拟分析系统及方法，将CAE分析中的各个步骤，包括CAD快速建模、CAE前处理中的自动化网格生成、边界条件设置等功能固化下来，将多学科工具集成到同一环境中，使得系统设计人员能够独立、快速、便捷的进行结构模态、强度等分析，进行多方案比较，优选方案，从而提高总体设计效率和设计水平。
附图说明
图1为本发明计算机仿真模拟分析系统及方法流程示意图。
具体实施方式
本发明计算机仿真模拟分析系统包括：
数据采集模块：用于导入图形作为几何模型，并提供查看图形界面；
几何模型模块：提取上传的几何模型中的预定参数化信息；根据所提取的参数化信息更新几何模型尺寸，并更新界面中的几何模型的视图；
网格划分模块：选择几何模型中需要划分网格的部分，或者选择全部几何模型，完成网格的划分，并显示网格划分的结果；
仿真分析模块：进行仿真分析类型的选择、求解参数的设置，以及仿真运行计算；
结果数据模块：存储仿真求解计算的结果数据，并可将仿真求解计算结果输出为可视化结果。
在一种优选实施例中，本发明计算机仿真模拟分析系统包括：
数据采集模块：用于导入图形作为几何模型，并提供查看图形界面；
几何模型模块：提取上传的几何模型中的预定参数化信息；根据所提取的参数化信息更新几何模型尺寸，并更新界面中的几何模型的视图；
网格划分模块：选择几何模型中需要划分网格的部分，或者选择全部几何模型，完成网格的划分，并显示网格划分的结果；
仿真分析模块：进行仿真分析类型的选择、求解参数的设置，以及仿真运行计算；
结果数据模块：存储仿真求解计算的结果数据，并可将仿真求解计算结果输出为可视化结果。
耦合模块：用于将结果数据耦合到其他物理场的网格划分模型中。
其中仿真分析模块包括：
仿真分析类型选择模块：用于选择仿真分析的计算方法；
材料定义模块：用于定义网格划分后的几何模型局部或全部材料参数；
边界条件定义模块：用于定义需要仿真分析的边界类型、各方向约束条件；
工况定义模块：用于定义需要仿真分析的工况参数；
参照图1，利用数据采集模块上传CAD几何模型，几何模型模块11对上传的CAD几何模型进行统一管理，并提供查看图形界面。
几何模型模块11自动提取出CAD几何模型中的用户自定义参数化信息，用户通过设置这些参数化信息，几何模型模块自动更新几何模型的尺寸，并更新视图。
在网格划分模块21中设置网格划分的单元类型、单元尺寸、单元阶数、所需CPU核数等参数，并选择需要划分网格的几何模型部件，或者选择全部几何模型，进行网格划分。
通过仿真分析模块3选择仿真分析类型，不同的仿真类型对应于各自的求解计算工具，通过选择仿真分析类型，系统选择出对应的求解计算工具。
通过仿真分析模块3，在仿真分析模块中设置求解参数的材料定义，定义材料类型、各项属性数值、选择几何或网格模型的部件，点击确定按钮，实现材料的定义。
通过仿真分析模块3，在仿真分析模块中设置求解参数的边界条件定义，定义边界类型、各方向的约束条件、选择几何或网格模型的部件，点击确定按钮，实现边界条件的定义。
通过仿真分析模块3，在仿真分析模块中设置求解参数的工况定义，定义载荷类型、载荷数值大小、步长信息、选择几何或网格模型的部件，点击确定按钮，实现工况的定义。
通过仿真分析模块3，在仿真分析模块中设置求解计算的CPU数目，点击求解计算按钮，程序将开始进行仿真求解计算，并生成结果数据。
在结果数据模块41中点击上述生成的结果数据，将以图形方式显示强度、位移等信息，可选择图形或图表切换，可提取结果数据中的不同数据进行查看。
在另一种实施例中，参照图1，本发明设有耦合模块5，数据采集模块上传CAD几何模型，第二几何模型模块12自动提取出CAD几何模型中的用户自定义参数化信息，用户通过设置这些参数化信息，几何模型模块自动更新几何模型的尺寸，并更新视图。在第二网格划分模块22中设置网格划分的单元类型、单元尺寸、单元阶数、所需CPU核数等参数，并选择需要划分网格的几何模型部件，或者选择全部几何模型，进行网格划分，将网格划分结果存储于第二结果数据模块42中。
通过耦合模块5，系统将第二结果数据模块中的结果数据42与结果数据模块41中的结构数据耦合，具体而言：几何模型模块11中导入的几何模型仿真分析结果数据存储于结果数据模块41，其作为边界条件或工况定义条件，耦合到第二几何模型模块12导入的CAD几何模型的网格划分结果中，将所述结果数据作为边界条件或工况定义参与后续其他几何模型的仿真模拟中，仿真分析模块6、7进行求解计算，结果数据模块7将仿真分析结果输出、保存。
以空间望远镜仿真模拟分析为例，本发明计算机仿真模拟分析方法如下：
实施例1
(1)建立如图1的仿真分析流程，将空间望远镜的CAD几何模型上传到几何模型模块11中。
(2)几何模型模块11自动提取出空间望远镜CAD几何模型中用户自定义的参数化信息，比如镜头半径尺寸等，用户通过修改该参数化信息，该几何模型模块自动更新当前几何模型的尺寸，并更新视图显示。
(3)在网格划分模块21中设置网格划分的单元类型(如四面体单元)、单元尺寸大小(如10.0)、单元阶数(如一阶单元)、所需CPU核数(如8核)等参数，并选择需要划分网格的几何模型部件(如全选所有部件)，进行网格划分。网格划分的结果会以图形的方式显示。
(4)在仿真分析模块3中选择仿真分析类型，如热分析，并选择相应的求解器。在仿真分析模块3中，设置空间望远镜的材料属性，包括材料类型、各项属性数值等，点击确定按钮，实现材料的定义。
在仿真分析模块3中，设置空间望远镜仿真分析的边界条件，包括固定边界条件，并加载到特定几何或网格边界上，点击确定按钮，实现边界条件的定义。
在仿真分析模块3中，设置空间望远镜仿真分析的工况定义，包括热分析的载荷类型以及数值大小，加载到几何或网格模型上，并设置步长信息等，点击确定按钮，实现工况的定义。
在仿真分析模块3中，设置求解计算的CPU或GPU数目，点击求解计算按钮，程序将开始进行并行求解计算，生成温度场结果数据，存储在结果数据模块41中。
实施例2
(1)建立如图1的仿真分析流程，将第一和第二空间望远镜的CAD几何模型分别上传到几何模型模块11和12中。
(2)几何模型模块11和12自动提取出空间望远镜CAD几何模型中用户自定义的参数化信息，比如镜头半径尺寸等，用户通过修改该参数化信息，该几何模型模块自动更新当前几何模型的尺寸，并更新视图显示。
(3)在网格划分模块21和22中分别设置两个CAD几何模型网格划分的单元类型(如四面体单元)、单元尺寸大小(如10.0)、单元阶数(如一阶单元)、所需CPU核数(如8核)等参数，并选择需要划分网格的几何模型部件(如全选所有部件)，进行网格划分。网格划分的结果会以图形的方式显示。
(4)在仿真分析模块3中选择仿真分析类型，如热分析，并选择相应的求解器。在仿真分析模块3中，设置空间望远镜的材料属性，包括材料类型、各项属性数值等，点击确定按钮，实现材料的定义。
在仿真分析模块3中，设置空间望远镜仿真分析的边界条件，包括固定边界条件，并加载到特定几何或网格边界上，点击确定按钮，实现边界条件的定义。
在仿真分析模块3中，设置空间望远镜仿真分析的工况定义，包括热分析的载荷类型以及数值大小，加载到几何或网格模型上，并设置步长信息等，点击确定按钮，实现工况的定义。
在仿真分析模块3中，设置求解计算的CPU或GPU数目，点击求解计算按钮，程序将开始进行并行求解计算，生成第一几何模型的温度场结果数据，存储在结果数据模块41中。
(5)通过耦合模块5，将结果数据模块41中第一几何模型的温度场结果数据，耦合到结果数据模块42中的网格模型上，作为物理场分析的一个工况载荷定义，参与到物理场仿真分析中。
(6)在仿真分析模块6中，设置仿真分析类型、材料属性、边界条件、工况定义等，进行求解计算，程序将开始进行并行求解计算，生成物理场结果数据。
(7)在仿真分析模块7中，选择仿真分析中的光学拟合分析，设置相应分析参数，进行求解计算，程序将开始进行并行求解计算，生成光学分析结果数据，存储在结果数据模块8中，并以图形或图表等方式展示。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (9)
1.一种计算机仿真模拟系统，其特征在于，包括：
数据采集模块：用于导入图形作为几何模型，并提供查看图形界面；
几何模型模块：提取上传的几何模型中的预定参数化信息；根据所提取的参数化信息更新几何模型尺寸，并更新界面中的几何模型的视图；
网格划分模块：选择几何模型中需要划分网格的部分，或者选择全部几何模型，完成网格的划分，并显示网格划分的结果；
仿真分析模块：进行仿真求解计算；
结果数据模块：将仿真求解计算结果输出为可视化结果。
2.根据权利要求1所述的计算机仿真模拟系统，其特征在于，所述仿真分析模块包括、但不限于如下模块中的一种或几种：
仿真分析类型选择模块：用于选择仿真分析的计算方法，并根据不同的分析类型，预设求解参数；
材料定义模块：用于定义网格划分后的几何模型局部或全部材料参数；
边界条件定义模块：用于定义需要仿真分析的边界条件类型、各方向约束条件等；工况定义模块：用于定义需要仿真分析的工况参数，优选地，包括但不限于载荷类型、载荷数值、步长信息中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的计算机仿真模拟系统，其特征在于，所述计算机仿真模拟系统还包括：
耦合模块：用于将某一次仿真计算的结果数据，作为边界条件或工况定义条件，耦合到后续其他几何模型的网格划分结果中，将所述结果数据作为边界条件或工况定义参与后续其他几何模型的仿真模拟中。
4.根据权利要求1所述的计算机仿真模拟系统，其特征在于，所述数据采集模块支持计算机绘图文件的导入、导出和显示，例如CAD几何模型的上传。
5.根据权利要求1所述的计算机仿真模拟系统，其特征在于，所述仿真分析模块中设置有求解计算的CPU数目或CPU数目。
6.根据权利要求1所述的计算机仿真模拟系统，其特征在于，所述结果数据模块具有存储所述结果数据的功能。
7.一种计算机仿真模拟方法，其特征在于，包括：
导入图形作为几何模型；
提取上传的几何模型中的预定参数化信息；根据所提取的参数化信息更新几何模型尺寸；
选择几何模型中需要划分网格的部分，或者选择全部几何模型，完成网格的划分，并显示网格划分的结果；
进行仿真求解计算；
将仿真求解计算结果输出为可视化结果。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述仿真求解计算包括：
选择仿真类型并根据仿真类型获得仿真分析方法；其中，所述仿真类型包括、但不限于如下内容中的一种或几种：
定义网格划分后的几何模型局部或全部材料参数；
定义需要仿真分析的边界类型、各方向约束条件；
用于定义需要仿真分析的工况参数，优选地，包括但不限于载荷类型、载荷数值、步长信息中的一种或几种。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述计算机仿真模拟方法还包括：导入第二图形作为第二几何模型；
提取上传的第二几何模型中的预定参数化信息；根据所提取的参数化信息更新第二几何模型尺寸；
选择第二几何模型中需要划分网格的部分，或者选择全部第二几何模型，完成网格的划分；
将之前某一次仿真计算的结果数据中的全部或部分，作为边界条件或工况定义条件，耦合到第二几何模型的网格划分结果中，对第二几何模型进行仿真求解计算；将仿真求解计算结果输出为可视化结果。
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