CN111324978A - 设计结构产品 - Google Patents

Abstract

本公开涉及设计结构产品。提供了一种用于设计结构产品的设备。该设备访问计算机辅助设计(CAD)模型，该模型通过第一几何形状表示结构产品的第一设计，并访问有限元方法(FEM)模型，该模型通过以第二几何形状排列的元素网格表示结构产品的第二设计。该设备执行CAD模型和FEM模型的比较，以确定第一几何形状和第二几何形状之间的相似性，并基于该相似性生成最终的FEM模型并且该模型代表结构产品的第一设计。该设备对最终的FEM模型进行有限元分析并执行经典分析以评估结构产品的第一设计，基于经典分析产生输出，并显示输出以便于结构产品的设计。

Description

设计结构产品

技术领域

本公开总体上涉及设计结构产品，并且尤其涉及使用有限元分析和经典分析的组合来设计结构产品。

背景技术

可以使用有限元分析并补充以经典方法，以进行结构分析以便于结构产品的设计。结构产品的结构分析的现有解决方案需要大量的人工才能从计算机辅助设计(CAD)模型中、将复杂的CAD模型分解为单个组件、并对数据进行分析和后处理来创建有限元方法(FEM)模型。例如，用于创建FEM模型的单个CAD组件的手动网格划分过程可能需要数周的时间。而且，从FEM模型中手动提取载荷可能容易出错且耗时。

因此，期望存在一种系统和方法，其至少考虑以上讨论的一些问题以及其他可能的问题。

发明内容

本公开的示例实施方式旨在使用有限元分析来设计结构产品。示例实施方式可以访问计算机辅助设计(CAD)模型，该模型通过第一几何形状表示结构产品的第一设计，并访问有限元方法(FEM)模型，该模型通过以第二几何形状排列的元素网格表示结构产品的第二设计。示例实施方式可以执行CAD模型和FEM模型的比较以确定第一几何形状和第二几何形状之间的相似性。示例实施方式可以基于相似性生成最终的FEM模型，并通过以第一几何形状排列的其他元素网格表示结构产品的第一设计。示例实施方式可以对最终的FEM模型执行有限元分析，以评估结构产品的第一设计，基于有限元分析产生输出载荷，使用经典方法评估输出载荷，并显示输出的尺寸结果以便于结构产品的设计。

与现有解决方案相比，示例实施方式可以提供多个优点。例如，CAD到FEM的数据交换是一个高度手动和重复的过程，通常会导致大量数据丢失。示例实施方式可以通过传送大量的CAD数据来帮助简化下游分析来防止数据丢失。同样，参数CAD模型更改通常需要进行大量的FEM模型更改。示例实施方式可以利用参数化网格变形，该参数化网格变形使当前网格的变形成为新的几何形状。参数化网格变形可以显着减少结构分析的使用时间。此外，有限元分析可能会对涉及多个载荷工况和关键故障区域的数据的后处理和可视化提出挑战。示例实施方式可以结合自适应可视化方案，该方案可映射经典分析结果并将数据加载到CAD模型中，以实现分析结果的有效可视化。

因此，本公开包括但不限于以下示例实施方式。

一些示例实施方式提供了一种设计结构产品的方法，该方法包括：访问计算机辅助设计(CAD)模型，该模型通过第一几何形状表示结构产品的第一设计；访问有限元方法(FEM)模型，该模型通过以第二几何形状排列的元素网格表示结构产品的第二设计；执行CAD模型和FEM模型的比较，以确定第一几何形状和第二几何形状之间的相似性；基于相似性生成最终的FEM模型，并通过以第一几何形状排列的其他元素网格表示结构产品的第一设计；对最终的FEM模型进行有限元分析以从FEM模型中提取载荷，并进行经典分析以评估结构产品的第一设计；基于经典分析产生输出；以及显示输出以便于结构产品的设计。

在任何先前示例实施方式的方法的一些示例实施方式中，或先前示例实施方式的任何组合中，执行比较包括执行比较以确定第一几何形状和第二几何形状之间的至少阈值相似性，以及产生最终的FEM模型包括执行网格变形以修改FEM模型的网格以生成与其他网格相对应的变形的网格，并且由此最终的FEM模型代表结构产品的第一设计。

在任何先前示例实施方式的方法的一些示例实施方式中，或先前示例实施方式的任何组合中，执行比较包括执行比较以确定小于第一几何形状和第二几何形状之间的阈值相似性，并且其中生成最终的FEM模型包括：将CAD模型分解为与结构产品的多个组件相对应的构件；为构件以及因此为多个组件生成相应的FEM模型；以及用一个或多个连接器组装相应的FEM模型，以生成最终的FEM模型。

在任何先前示例实施方式的方法的一些示例实施方式中，或先前示例实施方式的任何组合中，分解CAD模型包括基于构件的特征将构件分类为相应类别，以及生成相应的FEM模型包括基于构件的相应的类别来生成相应的FEM模型。

在任何先前示例实施方式的方法的一些示例实施方式中，或先前示例实施方式的任何组合中，该方法还包括对相应的FEM模型执行经典分析以验证多个组件，以及产生输出包括基于有限元分析和经典分析产生输出。

在任何先前示例实施方式的方法的一些示例实施方式中，或先前示例实施方式的任何组合中，输出包括结构产品的第一设计的安全裕量，以及显示输出包括在CAD模型上显示安全裕量的视觉表示。

在任何先前示例实施方式的方法的一些示例实施方式中，或先前示例实施方式的任何组合中，结构产品包括飞机的一个或多个内部商品，并且显示输出以便于结构产品的设计包括显示输出以便于一种或多种内部商品的设计。

一些示例实施方式提供了一种用于设计结构产品的设备。该设备包括处理器和存储可执行指令的存储器，该可执行指令响应于处理器的执行，使该设备至少执行任何先前示例实施方式的方法或任何先前示例实施方式的任何组合。

一些示例实施方式提供了用于设计结构产品的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质是非暂时性的，并且具有存储在其中的计算机可读程序代码，该计算机可读程序代码响应于处理器的执行，使设备至少执行任何前述示例实施方式的方法或其任意组合。

通过阅读下面的详细描述以及下面简要描述的附图，本公开的这些和其他特征、方面和优点将变得显而易见。本公开包括在本公开中阐述的两个、三个、四个或更多个特征或元素的任何组合，而不管这些特征或元素在本文描述的特定示例实施方式中是明确组合还是以其他方式叙述。旨在整体地理解本公开，使得在本公开的任何方面和示例实施方式中，本公开的任何可分离的特征或元素应被视为可组合的，除非本公开的上下文另外明确指出。

因此，将理解，仅出于概述一些示例实施方式的目的而提供该简要内容，以便提供对本公开的一些方面的基本理解。因此，将认识到，上述示例实施方式仅是示例，并且不应解释为以任何方式缩小本公开的范围或精神。结合以示例的方式示出一些描述的示例实施方式的原理的附图，通过下面的详细描述，其他示例实施方式、方面和优点将变得显而易见。

附图说明

因此，已经以通用的术语描述了本公开的示例实施方式，现在将参考附图，这些附图不一定按比例绘制，并且其中：

图1示出根据本公开的示例实施方式的用于设计结构产品的系统；

图2示出根据本公开的示例实施方式的用于设计结构产品的方法的流程图；

图3示出根据本公开的示例实施方式的将计算机辅助设计(CAD)模型变为构件的几何分解；

图4A、图4B和图4C示出根据本公开的示例实施方式的在几何分解中使用的分解规则；

图5示出根据本公开的示例实施方式的用于构件的有限元方法(FEM)模型的产生；

图6示出根据本公开的示例实施方式的载荷分解算法；

图7示出根据本公开的示例实施方式的经典分析结果到CAD模型的映射；

图8示出根据本公开的示例实施方式的经典分析结果在CAD模型上的视觉表示；

图9是示出根据各种示例实施方式的在设计结构产品的方法中的各种操作的流程图；以及

图10示出根据一些示例实施方式的设备；

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本公开的一些实施方式，在附图中示出本公开的一些但不是全部实施方式。实际上，本公开的各种实施方式可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于本文阐述的实施方式；相反，提供这些示例实施方式是为了使本公开是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。例如，除非另有说明，否则不应将引用为第一、第二等的东西解释为暗示特定顺序。同样，某些事物可能被描述为在其他事物之上(除非另有说明)，而可能在其下方，反之亦然；同样，描述为位于其他事物左侧的事物可能位于右侧，反之亦然。贯穿全文，相同的参考标号表示相同的元素。

本公开的示例实施方式总体上涉及设计结构产品，并且尤其涉及使用有限元分析来设计结构产品。

图1示出根据本公开的示例实施方式的用于设计结构产品的系统100。在一些示例中，如参考图10更详细地描述的，该系统可以由用于设计结构产品的设备来实现。将在设计飞机或其他交通工具或系统，或其组件或部件的上下文中主要描述示例实施方式。特别是在飞机的情况下，示例实施方式可以应用于设计飞机的一种或多种内部商品，例如壁橱、行李架、机组人员休息区等。应当理解，示例实施方式可以应用于许多其他结构产品的设计。

系统100包括用于执行一个或多个功能或操作的多个不同子系统中的任何一个(每个单独的系统)。如图所示，在一些示例中，系统包括数据访问模块101、相似性比较器102、模型生成器103、结构分析器104和显示装置105中的每一个的一个或多个。子系统可以协作或子系统彼此直接耦接，或者在一些示例中，子系统中的各个子系统可以通过一个或多个计算机网络彼此通信。此外，尽管被示为系统的一部分，但是应该理解，数据访问模块、相似性比较器、模型生成器、结构分析器和显示装置中的任何一个或多个可以在无需考虑任何其他子系统的情况下作为单独的系统运行或操作。还应该理解，该系统可以包括一个或多个除图1所示子系统之外的附加或替代子系统。

在一些示例中，数据访问模块101被配置为访问计算机辅助设计(CAD)模型和有限元方法(FEM)模型，计算机辅助设计模型通过第一几何形状表示结构产品的第一设计，有限元方法模型通过以第二几何形状排列的元素网格表示结构产品的第二设计。客户可以提供CAD模型，该模型指示客户需求的、结构产品的第一设计。第二设计可以是由数据库中的FEM模型表示的可用设计。在这方面，CAD模型和FEM模型可以存储在相同或不同的数据库中，使得数据访问模块可以从数据库访问CAD模型。

为了在CAD模型上执行结构分析，在一些示例中，相似性比较器102被配置为执行CAD模型和FEM模型的比较以确定第一几何形状和第二几何形状之间的相似性。例如，相似性比较器可以比较第一几何形状和第二几何形状之间的形状和/或尺寸以确定相似性。

在一些示例中，在确定了第一几何形状与第二几何形状之间的相似性之后，模型生成器103被配置为基于相似性来产生最终的FEM模型。最终的FEM模型通过以第一几何形状排列的其他元素网格表示结构产品的第一设计。

在第一几何形状和第二几何形状至少具有阈值相似性的一些示例中，模型生成器103被配置为执行网格变形以修改FEM模型的网格以生成变形的网格。变形的网格对应于其他网格，并由此最终的FEM模型表示结构产品的第一设计。例如，模型生成器可以执行网格变形以平滑并逐渐修改由数据访问模块101访问的FEM模型，以生成变形的网格。变形的网格可以表示结构产品的第一设计。可以使用变形的网格构建最终的FEM模型，以表示结构产品的第一设计。

在第一几何形状和第二几何形状具有小于阈值相似性的一些示例中，模型生成器103被配置为将CAD模型分解为与结构产品的多个组件相对应的构件。模型生成器还被配置为构件以及因此为多个组件生成相应的FEM模型。模型生成器还被配置为用一个或多个连接器组装相应的FEM模型，以生成最终的FEM模型。

为了将CAD模型分解成构件，在一些示例中，模型生成器103被配置为基于构件的特征将构件分类为相应的类别。模型生成器还被配置为基于构件的相应的类别来生成相应的FEM模型。下面将参考图3更详细地描述将构件分类到相应的类别中。

在生成最终的FEM模型之后，在一些示例中，结构分析器104被配置为对最终的FEM模型执行有限元分析以从FEM模型提取载荷。结构分析器还被配置为执行经典分析，以评估结构产品的第一设计。经典分析定义了载荷对物理结构及其组件的影响的确定，并研究了结构变形和故障模式的影响。例如，结构分析器可以对最终的FEM模型执行结构分析。结构分析可用于评估结构产品的第一设计是否满足设计要求和/或标准以及是否可以制造。在这些示例中，结构分析器被配置为基于经典分析产生输出。另外，在这些示例中，显示装置105被配置为显示输出以便于结构产品的设计。在验证结构产品的第一设计之后，可以基于第一设计来制造结构产品。结构分析器可以基于经典分析方法对有限元分析结果进行后处理，以提取临界载荷(critical load)并得出安全汇总输出的最终裕量。结构分析器可以对最终的FEM模型进行有限元分析，以计算第一设计的内部载荷。结构分析器可以基于从有限元分析中提取的载荷来产生输出。

在一些示例中，在模型生成器103生成用于构件的相应的FEM模型之后，结构分析器104还被配置为对相应的FEM模型执行经典分析以验证多个组件。经典分析可以使用数学和/或经验假设来评估或确定结构产品设计的结构完整性。可以从有限元分析中提取载荷，并且可以使用经典方法来实际测量结构产品的结构尺寸。可以基于材料的力学、结构测试等来开发经典方法。在这些示例中，结构分析器被配置为基于有限元分析和经典分析生成输出。另外，在这些示例中，输出包括结构产品的第一设计的安全裕量，并且显示装置105被配置为在CAD模型上显示安全裕量的视觉表示。

图2示出根据本公开的示例实施方式的设计结构产品的方法200的流程图。如图所示，在框201处，系统100可以基于客户提供的设计来接收新的客户需求以制造诸如飞机的壁橱、行李架或机组人员休息区的结构产品。客户提供的设计可以由具有第一几何形状的CAD模型表示。在框202处，系统可以确定CAD模型的几何形状是否与数据库中的现有FEM模型匹配。如果匹配，则在框203处，系统可以在CAD模型与现有FEM模型之间执行载荷比较，并生成一份页面强度检测报告(SCN)。

另一方面，如果在框202处，系统100确定CAD模型的几何形状与数据库中的任何现有FEM模型不匹配，则方法200进行至框204。在框204处，数据访问模块101可以访问表示与第二几何形状不同的结构产品的设计(即第二设计)的FEM模型。相似性比较器102例如，通过比较第一几何形状和第二几何形状之间的拓扑、形状和/或特征变化，可以执行CAD模型和FEM模型的比较以确定第一几何形状和第二几何形状之间的相似性。

如果在框204处，相似性比较器102确定第一几何形状与第二几何形状之间的变化微小，即第一几何形状与第二几何形状之间彼此具有阈值相似性，则方法200进行至框205。在框205处，模型生成器103可以应用网格变形以修改FEM模型的网格以生成对应于结构产品的第一设计的变形的网格。

如果在框204处，相似性比较器102确定第一几何形状和第二几何形状之间的变化是显着的，即，第一几何形状和第二几何形状之间的相似性小于彼此的阈值相似性，则方法200进行到框206。在框206处，模型生成器103可以通过新网格为结构产品创建新的载荷模型。

在生成变形的网格或新网格之后，方法200从框205或206进入框207。在框207处，模型生成器103可以为结构产品创建最终的FEM模型，且结构分析器104可以执行结构产品的结构分析。在一个示例中，在框207处，模型生成器103可以执行程序性几何分解和/或程序性载荷分解。仅当方法200从框206进入框207时，才可以执行程序性几何分解。结构分析器可以对每个构件执行程序性识别和分析方法映射，和/或将经典分析数据映射到CAD模型以进行可视化、分析解释和文件记录。在完成对结构产品的结构分析之后，结构分析器104可以生成新的SCN，并且显示装置105可以在CAD模型上显示安全裕量的视觉表示。

图3示出根据本公开的示例实施方式的CAD模型到构件的几何分解。如图所示，壁橱的CAD模型301可以被分解为构件304。类似地，行李架的CAD模型302可以被分解为构件305，而机组人员休息区的CAD模型303可以被分解为构件306。可以在标准构件库307中对构件进行分类或归类。例如，可以将构件3041归类为横栏，并且可以将构件3042归类为平板，或更具体地说，在标准构件库中是壳板(shell panel)。在几何分解之后，标准构件库可以包括与一个或多个结构产品的组件相对应的所有归类的构件。在一个示例中，如上所述，仅当方法200从框206进行至框207时，才可以执行如图3所述的程序性几何分解。

可以使用分解规则来执行程序性几何分解。图4A、图4B和图4C示出根据本公开的示例实施方式的在几何分解中使用的分解规则。图4A示出在几何分解中使用的特征识别规则。使用特征识别规则，可以基于结构产品的组件的特征将结构产品的CAD模型分解为构件。例如，可以基于诸如箭头401所示的长厚比(L/T)，长径比(L/D)，长宽比(L/W)的几何比率将CAD模型分解为构件。还可以基于特征识别规则在标准构件库307中对构件进行归类。

图4B示出在几何分解中使用的特征提取规则。使用特征提取规则，可以提取标准构件库307中的构件的特征。例如，可以基于诸如箭头402所示的点标签、线标签、面标签和/或实心标签的标签来提取构件的特征。所提取的特征可以用于结构分析中。

图4C示出在几何分解中使用的特征操纵规则。使用特征操纵规则，可以操纵或修改构件的特征。例如，构件(例如，平板)的CAD模型403可以包括边缘圆角(edge fillet)404。使用特征操纵规则，可以去除半径＜0.5英寸的边缘圆角，以生成简化的CAD模型405。具有较少特征的简化CAD模型405可用于生成构件的相对应的FEM模型。

在一示例中，模型生成器103可以使用特征识别规则、特征提取规则和特征操纵规则中的一个或多个将CAD模型分解为与结构产品的多个组件相对应的构件。

图5示出根据本公开的示例实施方式的用于构件的FEM模型的生成。如图所示，几何分解的输出可以用于生成表501。表501可以包括部件编号、识别的构件以及构件的提取特征，诸如点标签、线标签和面标签。使用表501中的信息，模型生成器103可以应用映射和元素类型规则来识别针对每个构件的元素类型和/或元素大小，如表502所示。例如，平板元素类型为外壳且长度为0.5英寸。模型生成器还可以应用算法为结构产品的每个构件自动生成网格。构件的生成的FEM模型可以由框503指示。通过这种方式，模型生成器可以为构件生成相应的FEM模型，然后用一个或多个连接器组装相应的FEM模型，以生成整个结构产品的最终的FEM模型。

图6示出根据本公开的示例实施方式的载荷分解算法。如图所示，在生成用于构件的FEM模型之后，模型生成器103可以将如框503所示的FEM模型提供给结构分析器104以用于实现载荷分解算法。在一个示例中，载荷分解算法从框601开始。在框601处，结构分析器可以应用搜索算法以映射具有面ID的元素ID以产生表602，如框601所示。在框603处，结构分析器可以使用表602中的信息从构件的FEM模型中提取载荷。在框604处，结构分析器可以将FEM模型的所有载荷和几何形状转移到经典分析模板。每个构件可以具有相对应的经典分析模板。在框605处，结构分析器可以对各个相应的FEM模型中的每个执行经典分析，以验证结构产品的相应组件的设计。在框605处，结构分析器还可以计算与结构产品的组件相对应的所有构件的安全裕量。

在生成或计算了所有构件的经典分析结果(例如安全裕量)之后，可以将结果映射到结构产品的CAD模型上。图7示出根据本公开的示例实施方式的经典分析结果到CAD模型上的映射。如图所示，在框701处，结构分析器104可以为每个接合处选取节点位置。接合处可以是两个结构组件之间的连接，并且在FEM模型中，接合处可以由一维元素表示。在框702处，结构分析器可以增加所选取节点的大小。在框703处，结构分析器可以基于节点的裕量范围使用不同的颜色或标记来标记节点。例如，当最小MS具有较大的值，例如＞2时，可以标记该节点以指示较大的安全裕量(MS)。在框704处，结构分析器可以将安全裕量映射到结构产品的CAD模型上。

图8示出根据本公开的示例实施方式的经典分析结果在CAD模型上的视觉表示。特别地，图8示出行李架的最终的FEM模型801。在将安全裕量映射到结构产品的CAD模型上之后，结构分析器104可以将映射信息提供给显示装置105。还如图所示，显示装置可以在CAD模型802上显示安全裕量的视觉表示，以便于结构产品的设计。

图9是示出根据各种示例实施方式的设计结构产品的方法900中的各种操作的流程图。如框901所示，该方法包括访问CAD模型，该CAD模型通过第一几何形状表示结构产品的第一设计。在框902处，该方法包括访问FEM模型，该FEM模型通过排列成第二几何形状的元素网格来表示结构产品的第二设计。在框903处，该方法包括执行CAD模型和FEM模型的比较以确定第一几何形状和第二几何形状之间的相似性。

在框904处，方法900包括基于相似性来产生最终的FEM模型，并且该FEM模型通过以第一几何形状排列的其他元素网格来表示结构产品的第一设计。在框905处，该方法包括对最终的FEM模型执行有限元分析以从FEM模型提取载荷，并执行经典分析以评估结构产品的第一设计。在框906处，该方法包括基于经典分析生成输出。在框907处，该方法包括显示输出以便于结构产品的设计。例如，工程师可以利用输出来设计和/或制造结构产品。

根据本公开的示例实施方式，可以通过各种方式来实现包括数据访问模块101、相似性比较器102、模型生成器103、结构分析器104和显示装置105的系统100及其子系统。用于实现该系统及其子系统的装置可以包括单独的硬件或在来自计算机可读存储介质的一个或多个计算机程序的指导下的硬件。在一些示例中，一个或多个设备可以被配置为用作或以其他方式实现本文所示和描述的系统及其子系统。在涉及一个以上设备的示例中，相应的设备可以以多种不同的方式彼此连接或以其他方式通信，诸如直接或间接地经由有线或无线网络等。

图10示出根据一些示例实施方式的设备1000。通常，本公开的示例实施方式的设备可以包含、包括或体现在一个或多个固定或便携式电子装置中。合适的电子装置的示例包括智能电话、平板计算机、膝上型计算机、台式计算机、工作站计算机、服务器计算机等。该设备可以包括多个组件中的每个组件中的一个或多个，例如，连接到存储器1002(例如，存储装置)的处理器1001(例如，处理电路)。在一些示例中，设备1000实现系统100。

处理器1001可以单独由一个或多个处理器组成，或者与一个或多个存储器组合在一起组成。处理器通常是能够处理诸如数据、计算机程序的信息和/或其他合适的电子信息的任何计算机硬件。处理器由电子电路的集合组成，其中一些电子电路可以封装为集成电路或多个互连的集成电路(有时将集成电路更普遍地称为“芯片”)。处理器可以被配置为执行计算机程序，该计算机程序可以存储在处理器上或以其他方式存储在(相同或另一设备的)存储器1002中。

取决于特定的实现方式，处理器1001可以是多个处理器、多核处理器或某种其他类型的处理器。此外，可以使用多个异构处理器系统来实现处理器，其中主处理器与单个芯片上的一个或多个辅助处理器一起存在。作为另一个说明性示例，处理器可以是包含多个相同类型的处理器的对称多处理器系统。在又一示例中，处理器可以被实现为或以其他方式包括一个或多个专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。因此，尽管处理器可能能够执行计算机程序以执行一个或多个功能，但是各种示例的处理器可能能够在不借助于计算机程序的情况下执行一个或多个功能。在任一情况下，根据本公开的示例实施方式，处理器可以被适当地编程以执行功能或操作。

存储器1002通常是能够在临时基础上和/或永久基础上存储诸如数据、计算机程序(例如，计算机可读程序代码1003)的信息和/或其他合适的信息的任何计算机硬件。存储器可以包括易失性和/或非易失性存储器，并且可以是固定的或可移动的。合适的存储器的示例包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘驱动器、闪存、拇指驱动器、可移动计算机磁盘、光盘、磁带或上述的某种组合。光盘可以包括光盘–只读存储器(CD-ROM)，光盘–读/写(CD-R/W)，DVD等。在各种情况下，存储器可以被称为计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质是能够存储信息的非暂时性装置，并且与诸如能够将信息从一个位置运送到另一位置的电子暂时信号的计算机可读传输介质有区别。如本文所描述的计算机可读介质通常可以指计算机可读存储介质或计算机可读传输介质。

除了存储器1002之外，处理器1001还可以连接到一个或多个用于显示、发送和/或接收信息的接口。接口可包括通信接口1004(例如，通信单元)和/或一个或多个用户接口。通信接口可以被配置为例如向其他设备、网络等发送信息和/或从其他设备、网络等接收信息。通信接口可以被配置为通过物理(有线)和/或无线通信链路来发送和/或接收信息。合适的通信接口的示例包括网络接口控制器(NIC)、无线NIC(WNIC)等。

用户接口可包括显示器1006和/或一个或多个用户输入接口1005(例如，输入/输出单元)。显示器1006可以对应于显示装置105。显示器可以被配置为向用户呈现或以其他方式显示信息，其合适的示例包括液晶显示器(LCD)、发光二极管显示器(LED)、等离子显示面板(PDP)等。用户输入接口可以是有线的或无线的，并且可以被配置为从用户接收信息到设备中，例如用于处理、存储和/或显示。用户输入接口的合适示例包括麦克风、图像或视频获取装置、键盘或小键盘、操纵杆、触敏表面(与触摸屏分离或集成到触摸屏中)、生物特征传感器等。用户接口还可以包括一个或多个用于与诸如打印机、扫描仪等外围设备进行通信的接口。

如上所述，程序代码指令可以存储在存储器中，并且由处理器执行，该程序代码指令由此被编程，以实现本文所述的系统、子系统、工具及其相应元素的功能。将会理解，任何合适的程序代码指令可以从计算机可读存储介质加载到计算机或其他可编程设备上，以产生特定的机器，从而该特定的机器成为用于实现本文指定的功能的装置。这些程序代码指令也可以存储在计算机可读存储介质中，该计算机可读存储介质可以指导计算机、处理器或其他可编程设备以特定方式起作用，从而生成特定机器或特定制品。存储在计算机可读存储介质中的指令可以产生制品，其中制品成为用于实现本文描述的功能的装置。可以从计算机可读存储介质中检索程序代码指令，并将其加载到计算机、处理器或其他可编程设备中，以配置计算机、处理器或其他可编程设备以执行要在计算机、处理器或其他可编程设备上执行的操作，或由计算机、处理器或其他可编程设备执行的操作。

程序代码指令的检索、加载和执行可以顺序执行，使得一次就可以检索、加载和执行一条指令。在一些示例实施方式中，检索、加载和/或执行可以并行执行，使得多个指令一起被检索、加载和/或执行。程序代码指令的执行可以产生计算机实现的过程，使得由计算机、处理器或其他可编程设备执行的指令提供用于实现本文描述的功能的操作。

处理器执行指令或将指令存储在计算机可读存储介质中，支持用于执行指定功能的操作的组合。以这种方式，设备1000可以包括处理器1001和耦接到处理器的计算机可读存储介质或存储器1002，其中，处理器被配置为执行存储在存储器中的计算机可读程序代码1003。还应理解，一个或多个功能以及功能的组合可以由执行特定功能的基于专用硬件的计算机系统和/或处理器、或专用硬件和程序代码指令的组合来实现。

此外，本公开包括根据以下项的实施例：

项1.一种用于设计结构产品的设备(1000)，该设备包括处理器(1001)和存储可执行指令的存储器(1002)，该可执行指令响应于处理器的执行，使该设备至少：

访问计算机辅助设计(CAD)模型，该模型通过第一几何形状表示结构产品的第一设计；

访问有限元方法(FEM)模型，该模型通过以第二几何形状排列的元素网格表示结构产品的第二设计；

执行CAD模型和FEM模型的比较，以确定第一几何形状和第二几何形状之间的相似性；

基于相似性生成最终的FEM模型，并通过以第一几何形状排列的其他元素网格表示结构产品的第一设计；

对最终的FEM模型进行有限元分析以从FEM模型中提取载荷，并进行经典分析以评估结构产品的第一设计；

基于经典分析产生输出；以及

显示输出以便于结构产品的设计。

项2.根据项1的设备(1000)，其中，使该设备执行比较包括使该设备执行比较以确定第一几何形状和第二几何形状之间的至少阈值相似性，以及

其中，使设备生成最终的FEM模型包括使设备执行网格变形以修改FEM模型的网格以生成与其他网格相对应的变形的网格，并且由此最终的FEM模型表示结构产品的第一设计。

项3.根据项1的设备(1000)，其中，使该设备执行比较包括使该设备执行比较以确定小于第一几何形状和第二几何形状之间的阈值相似性，以及

其中，使该设备生成最终的FEM模型的设备包括：

将CAD模型分解为与结构产品的多个组件相对应的构件；

为构件以及因此为多个组件生成相应的FEM模型；以及

用一个或多个连接器组装相应的FEM模型，以生成最终的FEM模型。

项4，根据项3的设备(1000)，使设备分解CAD模型包括使设备基于构件的特征将所述构件分类为相应的类别，以及

其中，使设备生成相应的FEM模型包括使设备基于构件的相应的类别来生成相应的FEM模型。

项5.根据项3的设备(1000)，其中，存储器(1002)存储另外的可执行指令，可执行指令响应于处理器(1002)的执行，使设备还对相应的FEM模型执行经典分析以验证多个组件，并且使设备产生输出包括使设备基于有限元分析和经典分析产生输出。

项6，根据项5的设备(1000)，输出包括结构产品的第一设计的安全裕量，并且使设备显示输出包括使设备在CAD模型上显示安全裕量的视觉表示。

项7，根据项1的设备(1000)，其中，结构产品包括飞机的一种或多种内部商品，并且使设备有助于结构产品的设计包括使设备有助于一种或多种内部商品的设计。

项8：一种设计结构产品的方法(900)，包括：

访问(901)计算机辅助设计(CAD)模型，模型通过第一几何形状表示结构产品的第一设计；

访问(902)有限元方法(FEM)模型，模型通过以第二几何形状排列的元素网格表示结构产品的第二设计；

执行(903)CAD模型和FEM模型的比较以确定第一几何形状和第二几何形状之间的相似性；

基于相似性生成(904)最终的FEM模型，并通过以第一几何形状排列的其他元素网格表示结构产品的第一设计；

对最终的FEM模型执行(905)有限元分析，以从FEM模型中提取载荷，并执行经典分析以评估结构产品的第一设计；

基于经典分析产生(906)输出；以及

显示(907)输出以便于结构产品的设计。

项9.根据项8的方法(900)，其中，执行(903)比较包括执行比较以确定第一几何形状与第二几何形状之间的至少阈值相似性，并且，其中产生(904)最终的FEM模型包括执行网格变形以修改FEM模型的网格，以生成与其他网格相对应的变形的网格，并由此最终的FEM模型代表结构产品的第一设计。

项10.根据项8的方法(900)，其中，执行(903)比较包括执行比较以确定小于第一几何形状与第二几何形状之间的阈值相似性，并且其中产生(904)最终的FEM模型包括：

将CAD模型分解为与结构产品的多个组件相对应的构件；

为构件并因此为多个组件生成相应的FEM模型；以及

用一个或多个连接器组装相应的FEM模型，以生成最终的FEM模型。

项11.根据项10的方法(900)，其中，分解CAD模型包括基于构件的特征将构件分类为相应的类别，并且其中生成相应的FEM模型包括基于构件的相应的类别生成相应的FEM模型。

项12.根据项10的方法(900)，还包括对相应的FEM模型执行经典分析以验证多个组件，并且产生(906)输出包括基于有限元分析和经典分析产生输出。

项13.根据项12的方法(900)，其中，输出包括结构产品的第一设计的安全裕量，并且显示(907)输出包括在CAD模型上显示安全裕量的视觉表示。

项14.根据项8的方法(900)，其中，结构产品包括飞机的一种或多种内部商品，并且显示(907)输出以便于结构产品的设计包括显示输出以便于一种或多种内部商品的设计。

项15.一种用于设计结构产品的计算机可读存储介质(1002)，该计算机可读存储介质是非暂时性的，并具有存储在其中的计算机可读程序代码(1003)，该计算机可读程序代码(1003)响应于处理器(1001)的执行，使设备(1000)至少：

访问计算机辅助设计(CAD)模型，该模型通过第一几何形状表示结构产品的第一设计；

访问有限元方法(FEM)模型，该模型通过以第二几何形状排列的元素网格表示结构产品的第二设计；

执行CAD模型和FEM模型的比较，以确定第一几何形状和第二几何形状之间的相似性；

基于相似性生成最终的FEM模型，并通过以第一几何形状排列的其他元素网格表示结构产品的第一设计；

对最终的FEM模型进行有限元分析以从FEM模型中提取载荷，并进行经典分析以评估结构产品的第一设计；

基于经典分析产生输出；以及

显示输出以便于结构产品的设计。

项16.根据项15的计算机可读存储介质(1002)，其中，使设备(1000)执行比较包括使设备执行比较以确定第一几何形状和第二几何形状之间的至少阈值相似性，以及

其中，使设备生成最终的FEM模型包括使设备执行网格变形以修改FEM模型的网格以生成与其他网格相对应的变形的网格，并且由此最终的FEM模型表示结构产品的第一设计。

项17.根据项15的计算机可读存储介质(1002)，其中，使设备(1000)执行比较包括使设备执行比较以确定小于第一几何形状和第二几何形状之间的阈值相似性，以及

其中，使设备生成最终的FEM模型包括使设备：

将CAD模型分解为与结构产品的多个组件相对应的构件；

为构件并因此为多个组件生成相应的FEM模型；以及

用一个或多个连接器组装相应的FEM模型，以生成最终的FEM模型。

项18，根据项17的计算机可读存储介质(1002)，其中，使设备(1000)分解CAD模型包括使设备基于构件的特征将所述构件分类为相应的类别，以及

其中，使设备生成相应的FEM模型包括使设备基于构件的相应的类别来生成相应的FEM模型。

项19.根据项17的计算机可读存储介质(1002)，其中，还存储有计算机可读程序代码(1003)，该代码可响应于处理器(1001)的执行，使设备(1000)对相应的FEM模型进一步执行经典分析以验证多个组件，并且使该设备产生输出包括使设备基于有限元分析和经典分析产生该输出。

项20.根据项19的计算机可读存储介质(1002)，其中，输出包括结构产品的第一设计的安全裕量，并且使设备(1000)显示输出包括使设备在CAD模型上显示安全裕量的直观表示。

项21.根据项15的计算机可读存储介质(1002)，其中，结构产品包括飞机的一种或多种内部商品，并且使设备(1000)有助于结构产品的设计包括使设备有助于一种或多种内部商品的设计。

本发明所涉及领域的技术人员将想到本文所述的本发明的许多修改和其他实现，这些修改和实现具有上述说明和相关附图中所示的教导的优点。因此，应当理解，本公开不限于所公开的特定实施方式，并且修改和其他实施方式旨在被包括在所附权利要求的范围内。此外，尽管前述描述和相关联的附图在元素和/或功能的某些示例性组合的背景下描述了示例性的实施方式，但是应当理解，在不脱离所附权利要求的范围的前提下，可以通过替代实施方式提供元素和/或功能的不同组合。在这点上，例如，如上文所附权利要求中的一些所阐述的，与上文明确描述的元素和/或功能的不同组合也被考虑。尽管本文采用了特定术语，但是它们仅在一般性和描述性意义上使用，而不是出于限制的目的。

Claims (14)

1.一种用于设计结构产品的设备(1000)，所述设备(1000)包括处理器(1001)和存储可执行指令的存储器(1002)，所述可执行指令响应于所述处理器的执行而使所述设备至少：

访问计算机辅助设计模型，所述计算机辅助设计模型通过第一几何形状表示所述结构产品的第一设计；

访问有限元方法模型，所述有限元方法模型通过以第二几何形状排列的元素网格表示所述结构产品的第二设计；

执行所述计算机辅助设计模型和所述有限元方法模型的比较，以确定所述第一几何形状和所述第二几何形状之间的相似性；

基于所述相似性生成最终的有限元方法模型，所述最终的有限元方法模型通过以所述第一几何形状排列的其他元素网格表示所述结构产品的所述第一设计；

对所述最终的有限元方法模型进行有限元分析以从所述有限元方法模型中提取载荷，并进行经典分析以评估所述结构产品的所述第一设计；

基于所述经典分析产生输出；以及

显示所述输出以便于所述结构产品的设计。

2.根据权利要求1所述的设备(1000)，其中，使所述设备(1000)执行所述比较包括使所述设备执行所述比较以确定至少所述第一几何形状与所述第二几何形状之间的阈值相似性，以及

其中，使所述设备(1000)生成所述最终的有限元方法模型包括使所述设备执行网格变形以修改所述有限元方法模型的所述网格以生成与所述其他网格相对应的变形的网格，并且由此所述最终的有限元方法模型表示所述结构产品的所述第一设计。

3.根据权利要求1所述的设备(1000)，其中，使所述设备(1000)执行所述比较包括使所述设备执行所述比较以确定小于所述第一几何形状与所述第二几何形状之间的阈值相似性值，以及

其中，使所述设备生成所述最终的有限元方法模型包括使所述设备：

将所述计算机辅助设计模型分解为与所述结构产品的多个组件相对应的构件；

为所述构件以及从而为所述多个组件生成相应的有限元方法模型；以及

用一个或多个连接器组装所述相应的有限元方法模型，以生成所述最终的有限元方法模型。

4.根据权利要求3所述的设备(1000)，其中，使所述设备分解所述计算机辅助设计模型包括使所述设备基于所述构件的特征将所述构件分类为相应的类别，以及

其中，使所述设备生成所述相应的有限元方法模型包括使所述设备基于所述构件的相应的类别来生成所述相应的有限元方法模型。

5.根据权利要求3所述的设备(1000)，其中，所述存储器(1002)存储另外的可执行指令，所述另外的可执行指令响应于所述处理器(1002)的执行，使所述设备进一步对所述相应的有限元方法模型执行经典分析以验证所述多个组件，并且使所述设备产生所述输出包括使所述设备基于所述有限元分析和所述经典分析产生所述输出。

6.根据权利要求5所述的设备(1000)，其中，所述输出包括所述结构产品的所述第一设计的安全裕量，并且使所述设备显示所述输出包括使所述设备在所述计算机辅助设计模型上显示所述安全裕量的视觉表示。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备(1000)，其中，所述结构产品包括飞机的一种或多种内部商品，并且使所述设备便于结构产品的设计包括使所述设备便于所述一种或多种内部商品的设计。

8.一种用于设计结构产品的方法(900)，包括：

访问(901)计算机辅助设计模型，所述计算机辅助设计模型通过第一几何形状表示所述结构产品的第一设计；

访问(902)有限元方法模型，所述有限元方法模型通过以第二几何形状布置的元素网格表示所述结构产品的第二设计；

执行(903)所述计算机辅助设计模型和所述有限元方法模型的比较以确定所述第一几何形状和所述第二几何形状之间的相似性；

基于所述相似性生成(904)最终的有限元方法模型，所述最终的有限元方法模型通过以所述第一几何形状排列的其他元素网格表示所述结构产品的所述第一设计；

对所述最终的有限元方法模型执行(905)有限元分析，以从所述有限元方法模型中提取载荷，并执行经典分析以评估所述结构产品的所述第一设计；

基于所述经典分析产生(906)输出；以及

显示(907)所述输出以便于所述结构产品的设计。

9.根据权利要求8所述的方法(900)，其中，执行(903)所述比较包括执行所述比较以确定至少所述第一几何形状与所述第二几何形状之间的阈值相似性，并且其中，生成(904)最终的有限元方法模型包括执行网格变形以修改所述有限元方法模型的所述网格，以生成与其他网格相对应的变形的网格，并由此所述最终的有限元方法模型代表所述结构产品的所述第一设计。

10.根据权利要求8所述的方法(900)，其中，执行(903)所述比较包括执行所述比较以确定小于所述第一几何形状与所述第二几何形状之间的阈值相似性，并且其中，生成(904)所述最终的有限元方法模型包括：

将所述计算机辅助设计模型分解为与所述结构产品的多个组件相对应的构件；

为所述构件并因此为所述多个组件生成相应的有限元方法模型；以及

用一个或多个连接器组装所述相应的有限元方法模型，以生成所述最终的有限元方法模型。

11.根据权利要求10所述的方法(900)，其中，分解所述计算机辅助设计模型包括基于所述构件的特征将所述构件分类为相应的类别，并且其中，生成所述相应的有限元方法模型包括基于所述构件的所述相应的类别生成所述相应的有限元方法模型。

12.根据权利要求10所述的方法(900)，还包括对所述相应的有限元方法模型执行所述经典分析以验证所述多个组件，并且产生(906)所述输出包括基于所述有限元分析和所述经典分析产生所述输出。

13.根据权利要求12所述的方法(900)，其中，所述输出包括所述结构产品的所述第一设计的安全裕量，并且显示(907)所述输出包括在所述计算机辅助设计模型上显示所述安全裕量的视觉表示。

14.根据权利要求8至13中任一项所述的方法(900)，其中，所述结构产品包括飞机的一种或多种内部商品，并且显示(907)所述输出以便于所述结构产品的设计包括显示所述输出以便于所述一种或多种内部商品的设计。

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