CN111209697B - 一种基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法及系统，包括，确定顶棚结构的拓扑优化空间；利用铰链安装位置作为非设计区域，并确定适用于所述顶棚结构分析的工况路径；利用所述工况路径，建立顶棚拓扑分析模型；计算所述分析模型，并输出处理结果，构建几何模型；基于输出的所述几何模型，构建初版顶棚结构方案；利用所述初版顶棚结构方案建立有限元模型，验证所述顶棚结构的性能，并分析所述顶棚结构性能是否满足所述顶棚结构建立要求。本发明通过拓扑优化策略，结合有限元仿真分析策略，能够寻找到最佳的传力路径，基于此传力路径设计出的顶棚结构，在满足强度刚度性能的同时，可以实现重量最轻，仿真驱动设计，缩短研发周期。
Description
技术领域
本发明涉及汽车研发、计算机仿真技术领域，尤其涉及一种基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法及系统。
背景技术
拓扑优化式建立在拓扑学、计算机技术和优化方法基础上的结构优化理论，涉及到应用数学、计算机力学、优化策略等领域，并且不断融入新的数值算法、图像处理技术、科学计算可视化等新兴学科与技术。随着拓扑优化理论和工程研究的逐步进展，拓扑优化即将成为新产品设计和开发的有利工具；拓扑优化方法，是在给定的空间区域内，依据已知的载荷与约束条件，找出最佳的材料分布，使结构在材料质量一定的前提下，刚度、强度等性能达到最佳，或者在性能保持不变的前提下，质量达到最小。
目前最常用的拓扑优化方法是密度法，其基本思想是引入一种相对密度的概念，材料密度在0-1之间可变，0表示无材料填充，1表示实体填充，0-1之间表示材料为过度单元，然后定义单元密度作为设计变量，再引入惩罚因子对密度在0-1之间的单元进行惩罚，是拓扑优化模型更好的逼近0或者1。现有的结构设计方法是，设计工程师在现有结构基础上制作出新的结构，或者依据工程师经验设计出新结构，然后再交给仿真工程，开展仿真分析，考察强度、刚度是否满足目标，如果不满足，需要优化结构，直至满足；整个过程缺少正向设计，开发周期长，结构性能与重量的平衡上不是最优。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明提供了一种基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法及系统，通过拓扑优化策略，利用传力路径分析，获取最优的材料分布。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：确定顶棚结构的拓扑优化空间；利用铰链安装位置作为非设计区域，并确定适用于所述顶棚结构分析的工况路径；利用所述工况路径，建立顶棚拓扑分析模型；计算所述分析模型，并输出处理结果，构建几何模型；基于输出的所述几何模型，构建初版顶棚结构方案；利用所述初版顶棚结构方案建立有限元模型，验证所述顶棚结构的性能，并分析所述顶棚结构性能是否满足所述顶棚结构建立要求。
作为本发明所述的一种基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法的一种优选方案，其中：定义所述顶棚结构的外观造型为上边界；将所述顶棚结构的A柱、B柱、C柱、D柱位置分别定义为前后左右边界；再将所述顶棚结构的乘员头部空间位置定义为下边界；利用所述上边界、所述前后左右边界和所述下边界作为最大的优化空间，从而确定所述顶棚结构的所述拓扑优化空间。
作为本发明所述的一种基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法的一种优选方案，其中：利用整体式鸥翼门的所述铰链安装位置作为所述非设计区域；将所述整体式鸥翼门的结构与所述铰链安装位置作为不能更改的约束条件，参与力的传递；利用所述整体式鸥翼门的自身重力由所述铰链传递到所述顶棚结构上。
作为本发明所述的一种基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法的一种优选方案，其中：检测所述整体式鸥翼门安装在所述顶棚结构上所需要的强度、刚度；测算所述整体式鸥翼门最大开启角度时的车门自身重量载荷；获取开启过程中所述车门铰链处承受的最大力矩。
作为本发明所述的一种基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法的一种优选方案，其中：分析所述顶棚结构对于车身整体扭转和弯曲性能的贡献；利用国际标准，确定车身扭转工况、弯曲工况及顶压工况；根据顶压相关试验标准，确定加载位置、力大小和角度。
作为本发明所述的一种基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法的一种优选方案，其中：在所述拓扑优化空间内生成体网格；确定所述体网格合适的弹性模量；定义约束条件，确定目标；利用所述目标，建立所述分析模型。
作为本发明所述的一种基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法的一种优选方案，其中：所述体网格利用节点绑定策略分别与所述A柱、所述C柱连接；利用所述弹性模量设置较小值，并计算车辆扭转刚度；将所述扭转刚度、弯曲刚度、车身静载变形量、顶压变形量作为约束条件，利用最小质量分数作为目标，建立所述分析模型。
作为本发明所述的一种基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法的一种优选方案，其中：提交所述车辆扭转刚度的计算过程，并以igs或stp格式输出结果数据；利用所述结果数据调整所述弹性模量，直到所述车辆扭转刚度满足要求；识别所述结果数据，并根据所述车辆扭转刚度构建所述几何模型。
作为本发明所述的一种基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法的一种优选方案，其中：基于所述几何模型构建所述初版顶棚结构方案，建立所述有限元模型；利用所述分析模型提交数据求解，并输出计算结果；根据所述输出计算结果对所述初版顶棚结构进行判定分析；验证分析最终优化的所述顶棚结构是否满足要求。
作为本发明所述的一种基于拓扑优化车身顶棚结构的分析系统的一种优选方案，其中：计算模块，包括检测单元和处理单元，所述检测单元检测所述整体式鸥翼门安装在所述顶棚结构上所需要的强度、刚度，并通知所述处理单元计算所述整体式鸥翼门最大开启角度时的车门自身重量载荷，最获取开启过程中所述车门铰链处承受的最大力矩；仿真模块与所述计算模块相连，驱动器获取所述有限元模型，并驱动仿真运动单元模拟还原所述约束条件下构建的所述顶棚结构，根据所述计算模块输出的结果数据，初步判定所述模拟的所述顶棚结构是否满足构建要求，并通过所述驱动器将初步判定结果传输到分析模块内；分析模块接收所述初步判定结果，通过控制单元对所述初步判定结果再次进行判定分析，并触发所述计算模块获取所需验证数据，规整所述顶棚结构的所述约束条件，结合所述再次判定分析结果，确定优化后的所述顶棚结构是否满足构建要求。
本发明的有益效果：本发明通过仿真驱动设计，缩短开发周期、寻找最优结构，实现完全正向开发；以体积分数、强度、刚度工况作为约束条件，重量作为目标，可以在满足性能的同时，达到结构重量最轻、性能最优。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明第一个实施例所述的基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法的流程示意图；
图2为本发明第一个实施例所述的基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法的几何模型示意图；
图3为本发明第一个实施例所述的基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法的结构拓扑优化计算流程示意图；
图4为本发明第二个实施例所述的基于拓扑优化车身顶棚结构的分析系统的模块结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
传统车身的顶棚结构一般是由3-5根横梁和两根纵梁以及外覆盖件组成，车门安装在A柱和B柱上，顶棚本身不承受车门重量；而带有整体式鸥翼门的顶棚结构要比传统车的顶棚结构小很多，不仅需要承受整体式车门的全部垂向力和旋转力矩，且没有B柱支撑，此种顶棚结构的强度刚度需求比传统车型高很多。本发明方法采用拓扑优化与有限元仿真分析结合的策略，寻找到最佳的传力路径，基于此传力路径设计出的顶棚结构，在满足强度刚度性能的同时，可以实现重量最轻，仿真驱动设计，缩短研发周期。
参照图1～图3，为本发明的第一个实施例，提供了一种基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法，包括以下步骤：
S1：确定顶棚结构的拓扑优化空间。本步骤需要说明的是，确定顶棚结构的拓扑优化空间包括，
定义顶棚结构的外观造型为上边界；
将顶棚结构的A柱、B柱、C柱、D柱位置分别定义为前后左右边界；
再将顶棚结构的乘员头部空间位置定义为下边界；
利用上边界、前后左右边界和下边界作为最大的优化空间，从而确定顶棚结构的拓扑优化空间。
S2：利用铰链安装位置作为非设计区域，并确定适用于顶棚结构分析的工况路径。其中需要说明的是，包括：
利用整体式鸥翼门的铰链安装位置作为非设计区域；
将整体式鸥翼门的结构与铰链安装位置作为不能更改的约束条件，参与力的传递；
利用整体式鸥翼门的自身重力由铰链传递到顶棚结构上。
进一步的，确定传递到顶棚结构上的力包括：
检测整体式鸥翼门安装在顶棚结构上所需要的强度、刚度；
测算整体式鸥翼门最大开启角度时的车门自身重量载荷；
获取开启过程中车门铰链处承受的最大力矩。
S3：利用工况路径，建立顶棚拓扑分析模型。本步骤还需要说明的是确定适用于顶棚结构分析的工况(国际标准)包括：
分析顶棚结构对于车身整体扭转和弯曲性能的贡献；
利用国际标准，确定车身扭转工况、弯曲工况及顶压工况；
根据顶压相关试验标准，确定加载位置、力大小和角度。
进一步的，建立顶棚拓扑分析模型包括：
在拓扑优化空间内生成体网格；
确定体网格合适的弹性模量；
定义约束条件，确定目标；
利用目标，建立分析模型。
具体的，建立顶棚拓扑分析模型还具体包括：
体网格利用节点绑定策略分别与A柱、C柱连接；
利用弹性模量设置较小值，并计算车辆扭转刚度；
将扭转刚度、弯曲刚度、车身静载变形量、顶压变形量作为约束条件，利用最小质量分数(减重)作为目标，建立分析模型。
S4：计算分析模型，并输出处理结果，构建几何模型。其中还需要说明的是，构建几何模型包括：
提交车辆扭转刚度的计算过程，并以igs或stp格式输出结果数据；
利用结果数据调整弹性模量，直到车辆扭转刚度满足要求(即计算结果是原计算结果的2倍，则将弹性模量设置成原来的二分之一)；
识别结果数据，并根据车辆扭转刚度构建几何模型。
S5：基于输出的几何模型，构建初版顶棚结构方案。
S6：利用初版顶棚结构方案建立有限元模型，验证顶棚结构的性能，并分析顶棚结构性能是否满足顶棚结构建立要求。本步骤还需要说明的是，包括：
基于初版顶棚结构方案，建立有限元模型；
利用分析模型提交数据求解，并输出计算结果；
根据输出计算结果对初版顶棚结构进行判定分析；
验证分析最终优化的顶棚结构是否满足要求。
较佳的，参照图2，现有常规方法是设计师根据经验进行结构设计(无法准确的找到最优的力传递路径)，再利用仿真工程模拟分析强度、刚度是否满足要求(国标)，若不满足，则需要再重新优化结构设计，直至满足要求，整个设计过程缺少正向设计、开发周期较长、结构性能与重量的平衡比例数据不理想；而本发明方法采用拓扑优化策略，在结构设计之前进行仿真模拟，分析最优力传递路径，获取最优的材料分布，不仅能寻找到最优结构，实现完全正向开发、提升产品性能，还缩短了开发周期，提高了效率。
优选的，参照图3，本发明方法利用建模软件把面结构或体结构离散成有限元求解器可以求解的网格结构，构建有限元模型，并结合结构拓扑优化计算策略，在有限元模型内输入优化参数，建立拓扑优化模型，进行结构分析，通过求解计算、分析目标、优化、更新设计变量，实现优化模型计算，并判断其收敛状态，若判断结果为否，则重新优化计算，直至拓扑优化优化模型呈收敛状态，再将其输出，并根据数据结果绘图；绘图成型的结构需要进行性能验证，将其与原始结构的刚度、强度、模型状态、结构重量等结果数据进行对比，通过数据对比，可以直接看出本发明方法绘制的结构更符合最优力传递路径分布，相较于现有常规方法，更节省开发时间，提高工作效率。
优选的是，传统的结构设计方法所需时间较长，且设计出的结构力传递路径不理想，不能很好地实现产品性能；为验证本发明方法相对传统方法具有较高设计效率、较优力传递路径、较佳的产品性能，本实施例中将采用传统设计方法和本发明方法分别对仿真车辆的顶棚结构分析设计所需时长进行实时测量对比。测试结果如下表所示：
表1：设计时长对比表。
参照表1，能够看出传统的结构设计方法对于结构设计整体流程规划并不合理，不仅找不到最优的力传递路径，实现合理的结构设计，还使设计人员反复修改，造成精神疲劳，浪费了大量时间，以致开发周期过长；而本发明方法优先选用拓扑结构优化分析，依据分析结果进行合理的结构设计，不仅省去了繁琐的步骤，降低设计人员修改率，还能够依据分析结果获取最优的力传递路径，实现最优结构设计，缩短开发周期，提高效率。
实施例2
参照图4，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种基于拓扑优化车身顶棚结构的分析系统，包括计算模块100、仿真模块200和分析模块300，计算模块100包括检测单元101和处理单元102，检测单元101检测整体式鸥翼门安装在顶棚结构上所需要的强度、刚度，并通知处理单元102计算整体式鸥翼门最大开启角度时的车门自身重量载荷，最获取开启过程中车门铰链处承受的最大力矩；仿真模块200与计算模块100相连，驱动器201获取有限元模型，并驱动仿真运动单元202模拟还原约束条件下构建的顶棚结构，根据计算模块100输出的结果数据，初步判定模拟的顶棚结构是否满足构建要求，并通过驱动器201将初步判定结果传输到分析模块300内；分析模块300接收初步判定结果，通过控制单元301对初步判定结果再次进行判定分析，并触发计算模块100获取所需验证数据，规整顶棚结构的约束条件，结合再次判定分析结果，确定优化后的顶棚结构是否满足构建要求。
应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
进一步，方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文步骤的指令或程序时，本文的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法，其特征在于：包括，确定顶棚结构的拓扑优化空间；将铰链安装位置作为非设计区域，并确定适用于所述顶棚结构分析的工况路径；利用所述工况路径建立顶棚拓扑分析模型；计算所述分析模型，并输出处理结果，构建几何模型；基于输出的所述几何模型构建初版顶棚结构方案；利用所述初版顶棚结构方案建立有限元模型，验证所述顶棚结构的性能并分析所述顶棚结构性能是否满足所述顶棚结构建立要求，建立所述顶棚拓扑分析模型包括，在所述拓扑优化空间内生成体网格；确定所述体网格合适的弹性模量；定义约束条件，确定目标；利用所述目标，建立所述分析模型，建立所述顶棚拓扑分析模型还具体包括，所述体网格利用节点绑定策略分别与A柱、C柱连接；利用弹性模量设置较小值，计算车辆扭转刚度；将所述扭转刚度、弯曲刚度、车身静载变形量、顶压变形量作为约束条件，利用最小质量分数作为目标，建立所述分析模型。
2.如权利要求1所述的基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法，其特征在于：确定所述顶棚结构的拓扑优化空间包括，定义所述顶棚结构的外观造型为上边界；将所述顶棚结构的A柱、B柱、C柱、D柱位置分别定义为前后左右边界；再将所述顶棚结构的乘员头部空间位置定义为下边界；利用所述上边界、所述前后左右边界和所述下边界作为最大的优化空间，从而确定所述顶棚结构的所述拓扑优化空间。
3.如权利要求1或2所述的基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法，其特征在于：包括，将整体式鸥翼门的所述铰链安装位置作为所述非设计区域；将所述整体式鸥翼门的结构与所述铰链安装位置作为不能更改的约束条件，且所述整体式鸥翼门的结构与所述铰链安装位置参与力的传递；将所述整体式鸥翼门的自身重力通过所述铰链传递到所述顶棚结构上。
4.如权利要求3所述的基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法，其特征在于：确定传递到所述顶棚结构上的力的分析包括，检测所述整体式鸥翼门安装在所述顶棚结构上所需要的强度、刚度；测算所述整体式鸥翼门最大开启角度时的车门自身重量载荷；获取开启过程中车门铰链处承受的最大力矩。
5.如权利要求1或4所述的基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法，其特征在于：确定适用于所述顶棚结构分析的工况包括，分析所述顶棚结构对于车身整体扭转和弯曲性能的贡献；利用国际标准，确定车身扭转工况、弯曲工况及顶压工况；根据顶压相关试验标准，确定加载位置、力大小和角度。
6.如权利要求5所述的基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法，其特征在于：构建所述几何模型包括，提交所述车辆扭转刚度的计算过程，并以igs或stp格式输出结果数据；利用所述结果数据调整所述弹性模量，直到所述车辆扭转刚度满足要求；识别所述结果数据，并根据所述车辆扭转刚度构建所述几何模型。
7.如权利要求6所述的基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法，其特征在于：建立所述有限元模型，并验证分析所述顶棚结构建立是否满足要求具体包括，基于所述几何模型构建所述初版顶棚结构方案，建立所述有限元模型；利用所述分析模型提交数据求解，并输出计算结果；根据所述输出计算结果对所述初版顶棚结构进行判定分析；验证分析最终优化的所述顶棚结构是否满足要求。
8.一种基于拓扑优化车身顶棚结构的分析系统，用于权利要求1~7任意一项所述的一种基于拓扑优化车身顶棚结构的分析方法，其特征在于：包括计算模块(100)，所述计算模块(100)包括检测单元(101)和处理单元(102)，检测单元(101)检测整体式鸥翼门安装在顶棚结构上所需要的强度、刚度，并通知处理单元(102)计算整体式鸥翼门最大开启角度时的车门自身重量载荷，再获取开启过程中车门铰链处承受的最大力矩；仿真模块(200)与计算模块(100)相连，驱动器(201)获取有限元模型，并驱动仿真运动单元(202)模拟还原约束条件下构建的顶棚结构，根据计算模块(100)输出的结果数据，初步判定模拟的顶棚结构是否满足构建要求，并通过驱动器(201)将初步判定结果传输到分析模块(300)内；分析模块(300)接收初步判定结果，通过控制单元(301)对初步判定结果再次进行判定分析，并触发计算模块(100)获取所需验证数据，规整顶棚结构的约束条件，结合再次判定分析结果，确定优化后的顶棚结构是否满足构建要求。
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