CN112163270B - 基于ANSA和StarCCM+平台的CFD自动建模及分析系统与方法 - Google Patents

基于ANSA和StarCCM+平台的CFD自动建模及分析系统与方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于ANSA和StarCCM+平台的CFD自动建模及分析系统，用户操作界面模块通过系统主控程序的脚本程序调用下层模块，实现整车CFD仿真流程的自动化；车辆参数模块用于输入整车信息，生成参数模型，为后续分析提供所需输入；前处理及计算模型生成模块基于ANSA平台搭建，根据调用前处理脚本对车辆参数模块输入的参数模型进行自动化或半自动化前处理，生成符合标准的网格模型；算例生成及后处理模块基于StarCCM+平台搭建，通过前处理及计算模型生成模块生成的网格模型，调用算例生成及计算脚本、后处理脚本，实现仿真算例自动生成并提交计算，最后将后处理图片输出汇总；自动生成分析报告。本发明同时公开了一种基于ANSA和StarCCM+平台的CFD自动建模及分析方法。

Description

基于ANSA和StarCCM+平台的CFD自动建模及分析系统与方法
技术领域
本发明涉及一种基于ANSA和StarCCM+平台的CFD自动建模及分析系统与方法，属于车辆外流场CFD(computational fluid dynamics，计算机流体动力学)分析技术领域。
背景技术
随着计算机技术的发展，仿真分析在车辆空气动力学性能开发过程中占据了越来越重要的位置。完整的车辆的外流场CFD(computational fluid dynamics，计算机流体动力学)分析主要包含以下流程：三维模型收集、几何清理、网格划分、优化方案设计、计算域生成、算例文件建立、提交求解、后处理、分析报告生成、优化方案反馈，涉及车数据处理、建模到生成分析报告等方方面面的工作。
在以上分析流程中关键是优化方案设计及分析，当由于整车流场分析模型结构复杂，在目前工作过程中，其耗费的时间仅占总工作时间的20％，而其他价值低的工作占据了大部分工作时间。
现有的仿真分析软件按照用途主要分为前处理、求解器、后处理三种。不同CFD相关的商业软件功能各异、各具优缺点，且软件使用过程中需要大量人为干预。前处理耗费时间多，占据了CFD工程师较大的工作时长，且工作附加值低浪费人力。仿真算例文件建立过程中操作步骤众多且参数繁琐，不但耗时还易造成人为失误导致方案算例结果错误。
汽车的外廓尺寸大且外车身外表面网格贴体度对计算结果影响大，造成仿真模型网格数量通常以千万或亿计、离散时间长，也导致了后处理图片生成速度慢。
此外，手动制作分析报告耗时长、格式不统一，会降低沟通及信息传递效率。以上问题共同导致一轮车辆流场分析周期长，响应速度慢，现在已成为制约工作效率提升的重要因素。
发明内容
本发明旨在提供一种基于ANSA及StarCCM+的CFD自动建模及分析系统与方法，以提高CFD工程师的工作效率、缩短工作时间。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
作为本发明的一方面，提供一种基于ANSA和StarCCM+平台的CFD自动建模及分析系统，包括：
用户操作界面模块，包括GUI(graphic user interface，图形用户界面)及系统主控程序，通过系统主控程序的脚本程序调用下层模块，实现整车CFD仿真流程的自动化；
下层模块包括：
车辆参数模块，用于输入整车信息，生成参数模型，为后续分析提供所需输入；
前处理及计算模型生成模块：基于ANSA平台搭建，根据调用前处理脚本对车辆参数模块输入的参数模型进行自动化或半自动化前处理，生成符合标准的网格模型；
算例生成及后处理模块：基于StarCCM+平台搭建，通过前处理及计算模型生成模块生成的网格模型，调用算例生成及计算脚本、后处理脚本，实现仿真算例自动生成并提交计算，最后将后处理图片输出汇总；
报告生成模块：以PPT模板为基础，通过调用程序将算例生成及后处理模块中生成的后处理结果汇总并输出一份整车流场分析通用报告文档。
进一步地，所述前处理及计算模型生成模块包括：
计算域生成单元：通过调用车辆参数模板中分析对象的尺寸及坐标参数完成车辆计算域自动生成，输出标准计算域网格模型Computational_Domain.nas文件；
VR区生成单元：通过调用车辆参数模板中的尺寸及坐标、整车网格模型，完成仿真所需加密区的自动创建，输出网格文件到Vehicle_Mesh文件夹下。
进一步地，所述算例生成及后处理模块包括：
算例生成单元：以标准算例模板为基础，通过脚本文件全自动完成计算方案设置全过程，输出CASE.sim文件到Vehicle_Simulation文件夹下；
后处理单元：调用CASE.sim以及标准后处理脚本文件，实现将计算域速度分布、表面压力分布、总压为0的等值面、机舱流场分布等后处理图片及阻力发展曲线等后处理工具的输出结果输出到Vehicle_Post文件夹下。
进一步地，所述报告生成模块通过调用Powerpoint及宏程序，自动将处理图片生成通用分析报告。
作为本发明的另一方面，提供一种基于ANSA及StarCCM+的CFD自动建模及分析方法，包括以下步骤：
S1.确定分析对象，收集需要分析车型信息，输入EXCEL中，通过内嵌公式自动按照仿真标准生成参数模型；
S2.基于ANSA平台开发计算域生成模块，实现计算域生成及VR区生成两大功能；
S3.基于StarCCM+平台建立算例生成模块，主控程序以标准算例模板为基础，通过脚本文件全自动完成计算方案设置全过程，输出CASE.sim文件到Vehicle_Simulation文件夹下；
S4.基于StarCCM+平台建立后处理模块，主控程序调用CASE.sim以及标准后处理脚本文件，实现将后处理工具的输出到Vehicle_Post文件夹下；
S5.生成整车流场分析通用报告。以公司标准汇报PPT模板为基础，通过调用程序将步骤S4中生成的后处理结果汇总并输出一份整车流场分析通用报告文档。
进一步地，所述步骤S2包括以下过程：
计算域生成脚本通过调用车辆参数模板中分析对象的尺寸及坐标参数完成车辆计算域自动生成，输出标准计算域网格模型Computational_Domain.nas文件；
VR区生成脚本通过调用车辆参数模板中的尺寸及坐标、整车网格模型，完成仿真所需加密区的自动创建，输出网格文件到Vehicle_Mesh文件夹下。
进一步地，所述步骤S4中所述后处理图片包括计算域速度分布、表面压力分布、总压为0的等值面、机舱流场分布等后处理图片及阻力发展曲线等。
本发明相较于现有技术有如下优势：
集成性：本发明将ANSA的前处理功能、StarCCM+的求解及后处理功能相结合，并可以自动生成PPT报告，集成各个软件的优势；
快捷性：本发明基于脚本文件的方式实现自动化网格模型及计算域生成、自动算例文件建立及提交、自动后处理及初版分析报告生成，缩短分析周期；
系统性：本发明根据整车CFD外流场分析的特点，建立了一套覆盖整个工作流程的系统，满足各环节的应用需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所要使用的附图作简单的介绍，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。
图1为本发明一种基于ANSA及StarCCM+的CFD自动建模及分析系统组成原理图；
图2为本发明一种基于ANSA及StarCCM+的CFD自动建模及分析方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定
实施例1
如图1所示，一种基于ANSA和StarCCM+平台的CFD自动建模及分析系统，包括：
用户操作界面模块，包括GUI(graphic user interface，图形用户界面)及系统主控程序，通过系统主控程序的脚本程序调用下层模块，实现整车CFD仿真流程的自动化；
下层模块包括：
车辆参数模块，用于输入整车信息，生成参数模型，为后续分析提供所需输入。
前处理及计算模型生成模块：基于ANSA平台搭建，根据调用前处理脚本对车辆参数模块输入的参数模型进行自动化或半自动化前处理，生成符合标准的网格模型。
所述前处理及计算模型生成模块包括：
计算域生成单元：通过调用车辆参数模板中分析对象的尺寸及坐标参数完成车辆计算域自动生成，输出标准计算域网格模型Computational_Domain.nas文件；
VR区生成单元：通过调用车辆参数模板中的尺寸及坐标、整车网格模型，完成仿真所需加密区的自动创建，输出网格文件到Vehicle_Mesh文件夹下。
算例生成及后处理模块：基于StarCCM+平台搭建，通过前处理及计算模型生成模块生成的网格模型，调用算例生成及计算脚本、后处理脚本，实现仿真算例自动生成并提交计算，最后将后处理图片输出汇总。
所述算例生成及后处理模块包括：
算例生成单元：以标准算例模板为基础，通过脚本文件全自动完成计算方案设置全过程，输出CASE.sim文件到Vehicle_Simulation文件夹下；
后处理单元：调用CASE.sim以及标准后处理脚本文件，实现将计算域速度分布、表面压力分布、总压为0的等值面、机舱流场分布等后处理图片及阻力发展曲线等后处理工具的输出结果输出到Vehicle_Post文件夹下。
报告生成模块：以PPT模板为基础，通过调用Powerpoint及宏程序，将算例生成及后处理模块中生成的后处理结果汇总并输出一份整车流场分析通用报告文档。
实施例2
如图2所示，一种基于ANSA及StarCCM+的CFD自动建模及分析方法，包括以下步骤：
S1.确定分析对象，收集需要分析车型信息，输入EXCEL中，通过内嵌公式自动按照仿真标准生成参数模型。
S2.基于ANSA平台开发计算域生成模块，实现计算域生成及VR区生成两大功能。
所述步骤S2包括以下过程：
计算域生成脚本通过调用车辆参数模板中分析对象的尺寸及坐标参数完成车辆计算域自动生成，输出标准计算域网格模型Computational_Domain.nas文件；
VR区生成脚本通过调用车辆参数模板中的尺寸及坐标、整车网格模型，完成仿真所需加密区的自动创建，输出网格文件到Vehicle_Mesh文件夹下。
S3.基于StarCCM+平台建立算例生成模块，主控程序以标准算例模板为基础，通过脚本文件全自动完成计算方案设置全过程，输出CASE.sim文件到Vehicle_Simulation文件夹下；
S4.基于StarCCM+平台建立后处理模块，主控程序调用CASE.sim以及标准后处理脚本文件，实现将后处理图片包括计算域速度分布、表面压力分布、总压为0的等值面、机舱流场分布等后处理图片及阻力发展曲线等输出到Vehicle_Post文件夹下；
S5.生成整车流场分析通用报告。以公司标准汇报PPT模板为基础，通过调用程序将步骤S4中生成的后处理结果汇总并输出一份整车流场分析通用报告文档。
本发明通过以上方案实现了基于ANSA和StarCCM+平台的CFD自动建模及分析系统与方法，主控程序基于CFD工程师意图调用相关脚本激活相应功能模块，模块以自动化方式完成相应工作，各模块间的数据层层传递，实现了整车流场分析工作中相关步骤的自动化。此发明有效缩短整车流场分析周期、加快响应速度、减轻了工程设计人员工作负荷。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种基于ANSA和StarCCM+平台的CFD自动建模及分析系统，其特征在于，包括：
用户操作界面模块，包括图形用户界面及系统主控程序，通过系统主控程序的脚本程序调用下层模块，实现整车CFD仿真流程的自动化；
下层模块包括：
车辆参数模块，用于输入整车信息，生成参数模型，为后续分析提供所需输入；
前处理及计算模型生成模块：基于ANSA平台搭建，根据调用前处理脚本对车辆参数模块输入的参数模型进行自动化或半自动化前处理，生成网格模型；
所述前处理及计算模型生成模块包括：
计算域生成单元：通过调用车辆参数模板中分析对象的尺寸及坐标参数完成车辆计算域自动生成，输出标准计算域网格模型Computational_Domain.nas文件；
VR区生成单元：通过调用车辆参数模板中的尺寸及坐标、整车网格模型，完成仿真所需加密区的自动创建，输出网格文件到Vehicle_Mesh文件夹下；
算例生成及后处理模块：基于StarCCM+平台搭建，通过前处理及计算模型生成模块生成的网格模型，调用算例生成及计算脚本、后处理脚本，实现仿真算例自动生成并提交计算，最后将后处理图片输出汇总；
所述算例生成及后处理模块包括：
算例生成单元：以标准算例模板为基础，通过脚本文件全自动完成计算方案设置全过程，输出CASE.sim文件到Vehicle_Simulation文件夹下；
后处理单元：调用CASE.sim以及标准后处理脚本文件，将后处理图片输出到Vehicle_Post文件夹下；
报告生成模块：以PPT模板为基础，通过调用程序将算例生成及后处理模块中生成的后处理结果汇总并输出整车流场分析通用报告文档。
2.如权利要求1所述的一种基于ANSA和StarCCM+平台的CFD自动建模及分析系统，其特征在于，所述报告生成模块通过调用Powerpoint及宏程序，自动将处理图片生成通用分析报告。
3.一种基于ANSA及StarCCM+平台 的CFD自动建模及分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.确定分析对象，收集需要分析车型信息，输入EXCEL中，通过内嵌公式自动按照仿真标准生成参数模型；
S2.基于ANSA平台开发计算域生成模块，实现计算域生成及VR区生成两大功能；所述步骤S2包括以下过程：
计算域生成脚本通过调用车辆参数模板中分析对象的尺寸及坐标参数完成车辆计算域自动生成，输出标准计算域网格模型Computational_Domain.nas文件；
VR区生成脚本通过调用车辆参数模板中的尺寸及坐标、整车网格模型，完成仿真所需加密区的自动创建，输出网格文件到Vehicle_Mesh文件夹下；
S3.基于StarCCM+平台建立算例生成模块，主控程序以标准算例模板为基础，通过脚本文件全自动完成计算方案设置全过程，输出CASE.sim文件到Vehicle_Simulation文件夹下；
S4.基于StarCCM+平台建立后处理模块，主控程序调用CASE.sim以及标准后处理脚本文件，将后处理图片输出到Vehicle_Post文件夹下；
S5.生成整车流场分析通用报告。
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