CN113220199A - 一种辅助建立有限元模型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辅助建立有限元模型的方法，通过建立“模型视角切换”工具、“单元、组件信息查询”工具、以及“属性设置完备性检查”工具，在使用有限元软件来创建有限元分析模型的过程中进行辅助建模，能够进一步方便各个细微结构之间的视角储存与切换，并且方便对一维、二维和三维网格单元的信息查询以及其所属组件的材料属性信息的查询。除此之外，不仅可以对网格组件根据对比信息进行批量删除，而且也可以自动检查信息设置不完善的属性。本发明有助于节省建模时间与提升建模效率。

Description

一种辅助建立有限元模型的方法

技术领域

本发明涉及计算机辅助工程（Computer Aided Engneering，CAE）软件技术领域，尤其涉及一种辅助建立有限元模型的方法。

背景技术

对于复杂模型，采用CAE技术进行有限元建模，所获取的网格单元数量庞大，网格单元种类繁多，由此造成对有限元模型的修改极为不便。现有的有限元前处理软件的建模方法存在以下不足：一是建模操作复杂，建模工具零散分布，对于新用户十分不友好；二是在对已有的有限元模型进行检查修改时，操作不便，效率低下。

在使用HyperMesh进行前处理建模与修改时，需要不时的变化视角、检查网格单元属性、检查网格所属组件信息等。原始的HyperMesh软件在执行以上操作时，步骤繁琐且效率低下。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种辅助建立有限元模型的方法，解决现有的变化视角操作繁琐、检查网格单元信息效率低下的问题。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种辅助建立有限元模型的方法，包括以下步骤：

步骤1），采用Tcl/Tk语言以及HyperMesh软件自带的API接口函数编写以下三个辅助建模工具：“模型视角切换”工具、“单元、组件信息查询”工具、以及“属性设置完备性检查”工具，其中，“模型视角切换”工具的具体实现步骤如下：

步骤1.1.1），输入待保存的视角名称，若名称无误，则调用API函数保存当前模型的视角信息，保存信息包括视角名称、模型视角矩阵、几何与网格的显示与隐藏状态、模型放大率以及模型位置矢量，并将该名称添加到预设的名称列表中；

步骤1.1.2），若名称在预设的名称列表中已经存在，则通过弹出信息框的形式提醒用户进行修改；

步骤1.1.3），从视角名称下拉列表中选择目标视角，根据目标视角所关联信息修改模型视角矩阵、几何与网格显示与隐藏状态、模型放大率和模型位置矢量，完成视角切换；

“单元、组件信息查询”工具的具体实现步骤如下：

步骤1.2.1），选择待检查网格单元，通过API函数获取网格单元的ID，并通过该网格ID查询Data Name信息，反馈单元类型配置码、单元所属组件的名称与ID信息；

步骤1.2.2），选择待检查的组件，通过API函数获取组件的ID，并通过该ID查询Data Name信息，并反馈组件名称；此外，通过组件ID对所选组件进行标记，并结合API函数实现对所选组件的显示模式进行控制，所述组件的显示模式包含：仅显示网格、仅显示几何、既显示网格又显示几何、网格与几何均不显示；

步骤1.2.3），通过API函数对仅模型区域中显示的组件或所有组件进行标记，并以列表变量的形式对所标记ID进行存储；就列表中的某一组件ID，结合API函数与Data Name来获取该组件的名称、ID、所包含的单元数量、所具有的属性、所具有的材料，所述所具有的材料包含以下信息：材料名称、弹性模量、泊松比与密度；通过对组件ID列表进行遍历的形式来获取所有组件的相关信息，并将其输出到指定的文本文件中；

步骤1.2.4），读入已经存在的Define文件，将当前模型的组件信息与Define文件中所包含的组件信息进行对照，以便实现批量删除冗余组件的目的；

“属性设置完备性检查”工具的具体实现步骤如下：

通过API函数对模型树中现有的属性进行标记，并对各个属性的配置信息进行检查，以此筛选出信息不完备的属性，并弹出其ID；

步骤2），在CATIA或其他三维绘图软件中建立待分析结构的几何模型；

步骤3），在CAE分析前处理软件HyperMesh中，调出三个辅助建模工具；

步骤4），将待分析几何模型导入CAE分析前处理软件HyperMesh；

步骤5），结合“模型视角切换”工具，对几何模型的细微结构与边缘特征进行简化与清理；

步骤6），选中组件，结合“模型视角切换”工具，对其进行网格划分；

步骤7），创建材料与属性并将其赋予给选中组件；

步骤8），结合“单元、组件信息查询” 工具，对网格单元信息与组件信息进行检查以及对冗余组件进行批量删除；

步骤9），结合“属性设置完备性检查” 工具，对模型中现有的属性进行自动化检查；

步骤10），待单元与属性设置检查无误后，结合“模型视角切换”工具，对网格模型施加载荷与约束，并完成载荷步的创建；

步骤11），将有限元模型提交求解器进行求解，并通过后处理软件对其分析结果进行查看。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明在使用有限元软件来创建有限元分析模型的过程中进行辅助建模，能够进一步方便各个细微结构之间的视角储存与切换，并且方便对一维、二维和三维网格单元的信息查询以及其所属组件的材料属性信息的查询。除此之外，不仅可以对网格组件根据对比信息进行批量删除，而且也可以自动检查信息设置不完善的属性。本发明有助于节省建模时间与提升建模效率。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为在前处理有限元模型中调出辅助建模工具的接口位置展示；

图3为本发明的实施例的具体实施方式的操作界面展示；

图4为本发明的实施例的模型视角的储存、恢复、切换、移除操作演示；

图5为本发明实施例的单元信息查询演示；

图6为本发明实施例的组件信息查询演示；

图7为实施例的组件信息批量输出与删除演示；

图8为实施例的问题属性查询操作与效果示意。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本发明公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，本发明公开了一种辅助建立有限元模型的方法，包括以下步骤：

步骤1），采用Tcl/Tk语言以及HyperMesh软件自带的API接口函数编写以下三个辅助建模工具：“模型视角切换”工具、“单元、组件信息查询”工具、以及“属性设置完备性检查”工具，其中，“模型视角切换”工具的具体实现步骤如下：

步骤1.1.1），输入待保存的视角名称，若名称无误，则调用API函数保存当前模型的视角信息，保存信息包括视角名称、模型视角矩阵、几何与网格的显示与隐藏状态、模型放大率以及模型位置矢量，并将该名称添加到预设的名称列表中；

步骤1.1.2），若名称在预设的名称列表中已经存在，则通过弹出信息框的形式提醒用户进行修改；

步骤1.1.3），从视角名称下拉列表中选择目标视角，根据目标视角所关联信息修改模型视角矩阵、几何与网格显示与隐藏状态、模型放大率和模型位置矢量，完成视角切换；

“单元、组件信息查询”工具的具体实现步骤如下：

步骤1.2.1），选择待检查网格单元，通过API函数获取网格单元的ID，并通过该网格ID查询Data Name信息，反馈单元类型配置码、单元所属组件的名称与ID信息；

步骤1.2.2），选择待检查的组件，通过API函数获取组件的ID，并通过该ID查询Data Name信息，并反馈组件名称；此外，通过组件ID对所选组件进行标记，并结合API函数实现对所选组件的显示模式进行控制，所述组件的显示模式包含：仅显示网格、仅显示几何、既显示网格又显示几何、网格与几何均不显示；

步骤1.2.3），通过API函数对仅模型区域中显示的组件或所有组件进行标记，并以列表变量的形式对所标记ID进行存储；就列表中的某一组件ID，结合API函数与Data Name来获取该组件的名称、ID、所包含的单元数量、所具有的属性、所具有的材料，所述所具有的材料包含以下信息：材料名称、弹性模量、泊松比与密度；通过对组件ID列表进行遍历的形式来获取所有组件的相关信息，并将其输出到指定的文本文件中；

步骤1.2.4），读入已经存在的Define文件，将当前模型的组件信息与Define文件中所包含的组件信息进行对照，以便实现批量删除冗余组件的目的；

“属性设置完备性检查”工具的具体实现步骤如下：

通过API函数对模型树中现有的属性进行标记，并对各个属性的配置信息进行检查，以此筛选出信息不完备的属性，并弹出其ID；

步骤2），在CATIA或其他三维绘图软件中建立待分析结构的几何模型；

步骤3），在CAE分析前处理软件HyperMesh中，调出三个辅助建模工具，工具接口如图2所示；

步骤4），将待分析几何模型导入CAE分析前处理软件HyperMesh；

步骤5），结合“模型视角切换”工具，对几何模型的细微结构与边缘特征进行简化与清理；

步骤6），选中组件，结合“模型视角切换”工具，对其进行网格划分；

步骤7），创建材料与属性并将其赋予给选中组件；

步骤8），结合“单元、组件信息查询” 工具，对网格单元信息与组件信息进行检查以及对冗余组件进行批量删除；

步骤9），结合“属性设置完备性检查” 工具，对模型中现有的属性进行自动化检查；

步骤10），待单元与属性设置检查无误后，结合“模型视角切换”工具，对网格模型施加载荷与约束，并完成载荷步的创建；

步骤11），将有限元模型提交求解器进行求解，并通过后处理软件对其分析结果进行查看。

本发明将辅助建模方法（模型视角切换、单元与组件信息查询、属性设置完备性查询）与传统的有限元建模流程（几何清理、网格划分、材料属性创建与赋予、约束与载荷施加、载荷步创建）进行了结合。

图3为本发明的实施例的具体实施方式的操作界面展示。

如图4所示，对本实施例模型保存了view1、view2和view3三个视角信息，可以结合GUI交互界面中的模型视角控制模块，保存新的模型视角信息，或者对现有的三个模型视角信息进行恢复或移除；

如图5所示，在左图中对单元网格进行了选择，而右图中显示了所选择网格单元的相关信息；

如图6所示，显示了所选择的组件信息，并对所选组件的几种显示模式进行了演示；

当用户需要对组件众多的复杂模型进行修改时，对照各组件ID进行删除等操作，过程会十分繁琐，不仅效率低下，而且容易产生错删漏删的问题。输出组件信息功能可以将当前模型中所包含组件的id及其名称输出到用户指定的保存位置，并且该功能支持“所有组件”和“显示组件”两种输出模式。输入组件信息功能可以根据输入的组件信息与当前模型中的组件信息进行对比，根据ID删除仅在当前模型中存在的组件，执行效果如图7所示；

如图8所示，对用户所创建的属性进行检查，若某一属性的参数设置不完善或错误，将自动弹出其ID。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种辅助建立有限元模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1），采用Tcl/Tk语言以及HyperMesh软件自带的API接口函数编写以下三个辅助建模工具：“模型视角切换”工具、“单元、组件信息查询”工具、以及“属性设置完备性检查”工具，其中，“模型视角切换”工具的具体实现步骤如下：

步骤1.1.1），输入待保存的视角名称，若名称无误，则调用API函数保存当前模型的视角信息，保存信息包括视角名称、模型视角矩阵、几何与网格的显示与隐藏状态、模型放大率以及模型位置矢量，并将该名称添加到预设的名称列表中；

步骤1.1.2），若名称在预设的名称列表中已经存在，则通过弹出信息框的形式提醒用户进行修改；

步骤1.1.3），从视角名称下拉列表中选择目标视角，根据目标视角所关联信息修改模型视角矩阵、几何与网格显示与隐藏状态、模型放大率和模型位置矢量，完成视角切换；

“单元、组件信息查询”工具的具体实现步骤如下：

步骤1.2.1），选择待检查网格单元，通过API函数获取网格单元的ID，并通过该网格ID查询Data Name信息，反馈单元类型配置码、单元所属组件的名称与ID信息；

步骤1.2.2），选择待检查的组件，通过API函数获取组件的ID，并通过该ID查询DataName信息，并反馈组件名称；此外，通过组件ID对所选组件进行标记，并结合API函数实现对所选组件的显示模式进行控制，所述组件的显示模式包含：仅显示网格、仅显示几何、既显示网格又显示几何、网格与几何均不显示；

步骤1.2.3），通过API函数对仅模型区域中显示的组件或所有组件进行标记，并以列表变量的形式对所标记ID进行存储；就列表中的某一组件ID，结合API函数与Data Name来获取该组件的名称、ID、所包含的单元数量、所具有的属性、所具有的材料，所述所具有的材料包含以下信息：材料名称、弹性模量、泊松比与密度；通过对组件ID列表进行遍历的形式来获取所有组件的相关信息，并将其输出到指定的文本文件中；

步骤1.2.4），读入已经存在的Define文件，将当前模型的组件信息与Define文件中所包含的组件信息进行对照，以便实现批量删除冗余组件的目的；

“属性设置完备性检查”工具的具体实现步骤如下：

通过API函数对模型树中现有的属性进行标记，并对各个属性的配置信息进行检查，以此筛选出信息不完备的属性，并弹出其ID；

步骤2），在CATIA或其他三维绘图软件中建立待分析结构的几何模型；

步骤3），在CAE分析前处理软件HyperMesh中，调出三个辅助建模工具；

步骤4），将待分析几何模型导入CAE分析前处理软件HyperMesh；

步骤5），结合“模型视角切换”工具，对几何模型的细微结构与边缘特征进行简化与清理；

步骤6），选中组件，结合“模型视角切换”工具，对其进行网格划分；

步骤7），创建材料与属性并将其赋予给选中组件；

步骤8），结合“单元、组件信息查询” 工具，对网格单元信息与组件信息进行检查以及对冗余组件进行批量删除；

步骤9），结合“属性设置完备性检查” 工具，对模型中现有的属性进行自动化检查；

步骤10），待单元与属性设置检查无误后，结合“模型视角切换”工具，对网格模型施加载荷与约束，并完成载荷步的创建；

步骤11），将有限元模型提交求解器进行求解，并通过后处理软件对其分析结果进行查看。

Images