CN110750927A - 基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成方法及系统。该方法包括：获取产品的曲面设计区域；对所述曲面设计区域进行有限元网格划分和分域划分，得到多个划分后的设计区块；对所述设计区块进行有限元计算，根据计算结果在各所述设计区块中设置随机点；将各所述随机点进行表面结构化，得到结构线；对所述结构线采用三维网格细分算法进行细分，得到细分后的结构线；将所述细分后的结构线进行平滑连接，得到器具的几何实体图。本发明的方法或系统能够在迅速获取产品的结构化的同时，保证产品结构的完整性。
Description
技术领域
本发明涉及产品结构生成领域，特别是涉及一种基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成方法及系统。
背景技术
目前医疗护具、防护外壳、建筑幕墙等产品的结构优化技术主要有拓扑优化技术和形状优化技术，拓扑优化技术可以与计算机技术完美结合，但是应用范围仍然有限，特别是对于一些受力较小、情况复杂的案例，无法获得较好的计算结果。而医疗护具、防护外壳、建筑幕墙等产品，需要在力学结构合理优化的同时，保证外表面具有一定完整性。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成方法及系统，能够在迅速获取产品的结构化的同时，保证产品结构的完整性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成方法，包括：
获取产品的曲面设计区域；
对所述曲面设计区域进行有限元网格划分和分域划分，得到多个划分后的设计区块；
对所述设计区块进行有限元计算，根据计算结果在各所述设计区块中设置随机点；
将各所述随机点进行表面结构化，得到结构线；
对所述结构线采用三维网格细分算法进行细分，得到细分后的结构线；
将所述细分后的结构线进行平滑连接，得到器具的几何实体图。
可选的，所述将各所述随机点进行表面结构化，得到结构线，具体包括：
将各所述随机点采用Delaunay三角形或Voronoi多边形剖分法进行表面结构化，得到结构线。
可选的，在所述将所述细分后的结构线进行平滑连接，得到器具的几何实体图之后，还包括：
获取结构线指定粗细半径参数；
根据所述结构线指定粗细半径参数对所述几何实体图的结构线进行加厚加粗，得到产品实体模型。
可选的，所述在各所述设计区块中设置随机点，具体包括：
在各所述不同的设计区块中设置不同密度的随机点。
一种基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成系统，包括：
第一获取模块，用于获取产品的曲面设计区域；
划分模块，用于对所述曲面设计区域进行有限元网格划分和分域划分，得到多个划分后的设计区块；
随机点设置模块，用于对所述设计区块进行有限元计算，根据计算结果在各所述设计区块中设置随机点；
结构化模块，用于将各所述随机点进行表面结构化，得到结构线；
细分模块，用于对所述结构线采用三维网格细分算法进行细分，得到细分后的结构线；
几何实体图确定模块，用于将所述细分后的结构线进行平滑连接，得到器具的几何实体图。
可选的，所述结构化模块，具体包括：
结构化单元，用于将各所述随机点采用Delaunay三角形或Voronoi多边形剖分法进行表面结构化，得到结构线。
可选的，还包括：
第二获取模块，用于获取结构线指定粗细半径参数；
实体模型确定模块，用于根据所述结构线指定粗细半径参数对所述几何实体图的结构线进行加厚加粗，得到产品实体模型。
可选的，所述随机点设置模块，具体包括：
随机点设置单元，用于在各所述不同的设计区块中设置不同密度的随机点。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供一种基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成方法及系统。该方法包括：获取产品的曲面设计区域；对所述曲面设计区域进行有限元网格划分和分域划分，得到多个划分后的设计区块；对所述设计区块进行有限元计算，根据计算结果在各所述设计区块中设置随机点；将各所述随机点进行表面结构化，得到结构线；对所述结构线采用三维网格细分算法进行细分，得到细分后的结构线；将所述细分后的结构线进行平滑连接，得到器具的几何实体图。本发明的方法或系统能够在迅速获取产品的结构化的同时，保证产品结构的完整性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成方法流程图；
图2为本发明实施例2基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成方法流程图；
图3为本发明实施例3基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成系统结构图；
图4为本发明实施例4基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成系统结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成方法及系统，能够在迅速获取产品的结构化的同时，保证产品结构的完整性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
图1为本发明实施例1基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成方法流程图。参见图1，一种基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成方法包括：
步骤101：获取产品的曲面设计区域，所述产品包括医疗护具、防护外壳和建筑幕墙等产品。
步骤102：对所述曲面设计区域进行有限元网格划分和分域划分，得到多个划分后的设计区块。
已知曲面设计区域，将设计区域进行设计区块划分，设计区块可以为均匀大小区块，亦可以为大小不同的设计区块，大小界定原则可按设计区内网格计算结果指标最大偏差值恒定为依据。
将器具的曲面设计区域进行有限元网格划分并进行有限元分析，对曲面设计区域进行多边形区块划分，网格与区块进行对应标记，获得区块内网格号，设计区块内计算单元最大应力为σ_max，应力平均值E(P)，方差D(P)，各区块内方差D(P)的值应满足D(P)≤[D(P)]+Δ，[D(P)]为容许方差，Δ为允许偏差值，若某区块不满足上式要求，减小区块大小后重新设置。
步骤103：对所述设计区块进行有限元计算，根据计算结果在各所述设计区块中设置随机点，具体包括：
在各所述不同的设计区块中设置不同密度的随机点。
随机点的布置原则可按以下原则：
1)、随机均匀点，按照设计区格内有限元计算应力平均值E(P)大小，均匀布置对应个数n的随机点，设定最大随机点数为N_max，最小随机点数为N_min，依照应力平均值E(P)最大和最小设计区块，其余区块采用线性插值得到对应的点数N_n；
2)、根据计算结果最大应力σ_max干扰均匀随机点，形成聚向性随机点阵，使点分布向σ_max位置聚拢。
步骤104：将各所述随机点进行表面结构化，得到结构线，具体包括：
将各所述随机点采用Delaunay三角形或Voronoi多边形剖分法进行表面结构化，得到结构线。
步骤105：对所述结构线采用三维网格细分算法进行细分，得到细分后的结构线。
步骤106：将所述细分后的结构线进行平滑连接，得到器具的几何实体图，所述几何实体图的线条光流顺畅。
网格点阵化材料现已大量运用于3D打印技术，但大部分点阵化结构为比较随意的均匀化结构，为力学后验型结构，而且类似于平板式的结构件仍然缺少成熟的快速生成策略，因此为了实现该类结构轻量化的快速设计制造且保证优良的力学性能，在拓扑优化研究的基础上，本发明提出一种基于有限元结果的表面轻量化方法，在保证产品结构具有较高结构强度和刚度的前提下，材料消耗大幅度降低，同时拥有美观的结构化表面。同时该算法具有力学相关性，生成体为结构受力的直接体现，同时生成算法简单高效，与力学计算相配合仅需若干次迭代即可完成生成工作。
实施例2：
图2为本发明实施例2基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成方法流程图。参见图2，本实施例基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成方法包括：
步骤201：获取产品的曲面设计区域。
步骤202：对所述曲面设计区域进行有限元网格划分和分域划分，得到多个划分后的设计区块。
步骤203：对所述设计区块进行有限元计算，根据计算结果在各所述设计区块中设置随机点，具体包括：
在各所述不同的设计区块中设置不同密度的随机点。
步骤204：将各所述随机点进行表面结构化，得到结构线，具体包括：
将各所述随机点采用Delaunay三角形或Voronoi多边形剖分法进行表面结构化，得到结构线。
步骤205：对所述结构线采用三维网格细分算法进行细分，得到细分后的结构线。
步骤206：将所述细分后的结构线进行平滑连接，得到器具的几何实体图。
步骤207：获取结构线指定粗细半径参数。
步骤208：根据所述结构线指定粗细半径参数对所述几何实体图的结构线进行加厚加粗，得到产品实体模型。
导入有限元软件对几何实体图进行强度分析，若强度无法满足设定阈值则重新回到步骤205，利用结构线指定粗细半径参数R对结构体进行加厚加粗，最终获得满足设计要求的模型。
本实施例主要说明与上述实施例1的不同之处，相同之处参见实施例1即可，在此不再赘述。
实施例3：
图3为本发明实施例3基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成系统结构图。参见图3，本实施例基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成系统包括：
第一获取模块301，用于获取产品的曲面设计区域。
划分模块302，用于对所述曲面设计区域进行有限元网格划分和分域划分，得到多个划分后的设计区块。
随机点设置模块303，用于在各所述设计区块中设置随机点。
结构化模块304，用于将各所述随机点进行表面结构化，得到结构线。
细分模块305，用于对所述结构线采用三维网格细分算法进行细分，得到细分后的结构线。
几何实体图确定模块306，用于将所述细分后的结构线进行平滑连接，得到器具的几何实体图。
所述结构化模块304，具体包括：
结构化单元，用于将各所述随机点采用Delaunay三角形或Voronoi多边形剖分法进行表面结构化，得到结构线。
所述随机点设置模块303，具体包括：
随机点设置单元，用于在各所述不同的设计区块中设置不同密度的随机点。
实施例4：
图4为本发明实施例4基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成系统结构图。参见图4，本实施例的一种基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成系统包括：
第一获取模块401，用于获取产品的曲面设计区域。
划分模块402，用于对所述曲面设计区域进行有限元网格划分和分域划分，得到多个划分后的设计区块。
随机点设置模块403，用于在各所述设计区块中设置随机点。
结构化模块404，用于将各所述随机点进行表面结构化，得到结构线。
细分模块405，用于对所述结构线采用三维网格细分算法进行细分，得到细分后的结构线。
几何实体图确定模块406，用于将所述细分后的结构线进行平滑连接，得到器具的几何实体图。
第二获取模块407，用于获取结构线指定粗细半径参数。
实体模型确定模块408，用于根据所述结构线指定粗细半径参数对所述几何实体图的结构线进行加厚加粗，得到产品实体模型。
本实施例主要说明与上述实施例3的不同之处，相同之处参见实施例3即可，在此不再赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成方法，其特征在于，包括：
获取产品的曲面设计区域；
对所述曲面设计区域进行有限元网格划分和分域划分，得到多个划分后的设计区块；
对所述设计区块进行有限元计算，根据计算结果在各所述设计区块中设置随机点；
将各所述随机点进行表面结构化，得到结构线；
对所述结构线采用三维网格细分算法进行细分，得到细分后的结构线；
将所述细分后的结构线进行平滑连接，得到器具的几何实体图。
2.根据权利要求1所述的基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成方法，其特征在于，所述将各所述随机点进行表面结构化，得到结构线，具体包括：
将各所述随机点采用Delaunay三角形或Voronoi多边形剖分法进行表面结构化，得到结构线。
3.根据权利要求1所述的基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成方法，其特征在于，在所述将所述细分后的结构线进行平滑连接，得到器具的几何实体图之后，还包括：
获取结构线指定粗细半径参数；
根据所述结构线指定粗细半径参数对所述几何实体图的结构线进行加厚加粗，得到产品实体模型。
4.根据权利要求1所述的基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成方法，其特征在于，所述在各所述设计区块中设置随机点，具体包括：
在各所述不同的设计区块中设置不同密度的随机点。
5.一种基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成系统，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取产品的曲面设计区域；
划分模块，用于对所述曲面设计区域进行有限元网格划分和分域划分，得到多个划分后的设计区块；
随机点设置模块，用于对所述设计区块进行有限元计算，根据计算结果在各所述设计区块中设置随机点；
结构化模块，用于将各所述随机点进行表面结构化，得到结构线；
细分模块，用于对所述结构线采用三维网格细分算法进行细分，得到细分后的结构线；
几何实体图确定模块，用于将所述细分后的结构线进行平滑连接，得到器具的几何实体图。
6.根据权利要求5所述的基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成系统，其特征在于，所述结构化模块，具体包括：
结构化单元，用于将各所述随机点采用Delaunay三角形或Voronoi多边形剖分法进行表面结构化，得到结构线。
7.根据权利要求5所述的基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成系统，其特征在于，还包括：
第二获取模块，用于获取结构线指定粗细半径参数；
实体模型确定模块，用于根据所述结构线指定粗细半径参数对所述几何实体图的结构线进行加厚加粗，得到产品实体模型。
8.根据权利要求5所述的基于有限元结果的连续体表面轻量化结构生成系统，其特征在于，所述随机点设置模块，具体包括：
随机点设置单元，用于在各所述不同的设计区块中设置不同密度的随机点。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111949722A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-11-17 | 中煤科工重庆设计研究院(集团)有限公司 | 一种基于Revit的BIM模型轻量化方法及系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104063903A (zh) * | 2014-07-08 | 2014-09-24 | 清华大学 | 三维实体模型的四面体网格生成方法和装置 |
| CN106650124A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-10 | 谢亿民工程科技（常州）有限公司 | 一种基于有限元结果的连续体表面轻量化方法 |
| CN110197041A (zh) * | 2019-06-10 | 2019-09-03 | 大连交通大学 | 一种多物理场工况下多目标表面细观结构优化方法及系统 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104063903A (zh) * | 2014-07-08 | 2014-09-24 | 清华大学 | 三维实体模型的四面体网格生成方法和装置 |
| CN106650124A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-10 | 谢亿民工程科技（常州）有限公司 | 一种基于有限元结果的连续体表面轻量化方法 |
| CN110197041A (zh) * | 2019-06-10 | 2019-09-03 | 大连交通大学 | 一种多物理场工况下多目标表面细观结构优化方法及系统 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111949722A (zh) * | 2020-07-06 | 2020-11-17 | 中煤科工重庆设计研究院(集团)有限公司 | 一种基于Revit的BIM模型轻量化方法及系统 |
| CN111949722B (zh) * | 2020-07-06 | 2023-07-25 | 中煤科工重庆设计研究院(集团)有限公司 | 一种基于Revit的BIM模型轻量化方法及系统 |
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