CN115081122B

CN115081122B - 板壳结构几何中面的自动抽取方法、设备及介质

Info

Publication number: CN115081122B
Application number: CN202211015381.1A
Authority: CN
Inventors: 杨建森; 武振江; 刘忠海; 张志国; 王建海; 何丽
Original assignee: CATARC Tianjin Automotive Engineering Research Institute Co Ltd
Current assignee: CATARC Tianjin Automotive Engineering Research Institute Co Ltd
Priority date: 2022-08-24
Filing date: 2022-08-24
Publication date: 2022-11-25
Anticipated expiration: 2042-08-24
Also published as: CN115081122A

Abstract

本发明实施例公开了一种板壳结构几何中面的自动抽取方法、设备及介质。其中，方法包括：获取板壳结构的CAD几何特征；根据所述CAD几何特征中最大面上的一点到其它面上各点的距离，确定所述板壳结构的厚度；根据所述厚度，确定所述CAD几何特征中沿厚度方向的面；根据所述厚度和所述沿厚度方向的面，确定所述板壳结构的中面。本实施例无需人工参与即可自动实现中面抽取。

Description

板壳结构几何中面的自动抽取方法、设备及介质

技术领域

本发明实施例涉及有限元仿真领域，尤其涉及一种板壳结构几何中面的自动抽取方法、设备及介质。

背景技术

汽车车身结构性能开发过程中，CAE性能仿真是必不可少的环节，而整个CAE仿真过程中汽车结构有限元网格划分占据了60%-80%的时间。对于板壳结构的网格划分，首先需要抽取其几何中面，在中面上进行划分网格，再基于中面上的网格划分出其它三维网格。

目前，主流的商用有限元网格划分工具（例如，Altair公司的Hypermesh与BETA公司的ANSA），均带有自动抽取中面的功能，但是对于复杂的CAD几何板壳结构，该功能则经常出现中面抽取失败的情况，需要人工进行中面抽取，耗时耗力。

发明内容

本发明实施例提供一种板壳结构几何中面的自动抽取方法、设备及介质，无需人工参与即可自动实现中面抽取。

第一方面，本发明实施例提供了一种板壳结构几何中面的自动抽取方法，包括：

获取板壳结构的CAD几何特征；

根据所述CAD几何特征中最大面上的一点到其它面上各点的距离，确定所述板壳结构的厚度；

根据所述厚度，确定所述CAD几何特征中沿厚度方向的面；

根据所述厚度和所述沿厚度方向的面，确定所述板壳结构的中面。

第二方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现任一实施例所述的板壳结构几何中面的自动抽取方法。

第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任一实施例所述的板壳结构几何中面的自动抽取方法。

本发明实施例从CAD特征数据中提取出板壳结构厚度和位于同一侧的面集合，然后将该曲面结合沿厚度方向偏移，自动生成板壳结构的中面。整个过程将人眼才能观察到的几何结构转换为数据信息，无需图形显示和人为识别，通过对点坐标的数据运算即可自动生成板壳结构的中面数据，为板壳结构的三维网格划分提供了基础，大大提高了三维网格划分的效率和质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种实体板壳结构的示意图。

图2是图1所示的实体板壳结构的几何中面的示意图。

图3是本发明实施例提供的一种板壳结构几何中面的自动抽取方法的流程图。

图4是本发明实施例提供的一种最大面的示意图。

图5是本发明实施例提供的一种第一向量的示意图。

图6是本发明实施例提供的一种沿厚度方向的面的示意图，其中，图6(a)是沿厚度方向的面在板壳结构中的示意图，图6(b)是沿厚度方向的面的单独示意图。

图7是本发明实施例提供的一种两侧的面集合的示意图。

图8为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例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的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“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”、“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。

在本发明的描述中，还需要说明的是，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，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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。

板壳结构由平面结构冲压而成，也称为冲压结构。在CAD建模时，可以先画出板壳结构一侧的面集合（相当于冲压之前的平面结构一侧的平面），然后沿某一方向偏移一个厚度值t，得到实体板壳结构件，如图1所示。因此，本实施例提供一种板壳结构几何中面的自动抽取方法，从并不能直接展示几何形态的CAD数据出发，通过数值计算提取出板壳结构的厚度值和同一侧的面集合，然后将同一侧的面集合沿厚度方向移动一半的厚度值，得到板壳结构的中面，如图2所示。

图3是本发明实施例提供的板壳结构几何中面的自动抽取方法的流程图。该方法适用于根据板壳结构的CAD数据自动化抽取几何中面的情况，由电子设备执行，具体包括如下步骤：

S110、获取板壳结构的CAD几何特征。

以某一板壳结构的汽车零部件为例，CAD几何特征中包括点、线、面三类特征。其中，点特征包括点编号、点坐标；线特征包括线编号，以及组成线的点编号；面特征可以为平面，也可以为曲面，包括面编号，以及组成面的线编号。以上特征均存储于数据结构D中（如列表、字典等），作为后续操作的输入。

S120、根据所述CAD几何特征中最大面上的一点到其它面上各点的距离，确定所述板壳结构的厚度。

CAD数据导入CAE前处理工具后，并不能直接获取零部件的厚度。因此，本步骤首先根据CAD数据计算零部件的厚度。可选的，包括如下步骤：

步骤一、根据各点的坐标，构建所述CAD几何特征中最大面上一点到其它面上各点的第一向量。首先，遍历数据结构D中的所有面，并根据点的坐标计算各面的面积，找到面积最大的面S _max，简称最大面，如图4所示。然后，从最大面S _max中任意获取一点P _p，以点P _p为起点，以数据结构D中所有点为终点，构建多个第一向量并计算其长度，如图5所示，其中，P _n1、P _n2…P _n8均为终点。

步骤二、从各第一向量中选取最短向量，判断所述最短向量是否垂直于所述最大面。由于板壳结是由一侧的面集合偏移一个厚度值得到的，则一定存在一个终点P _n，使得第一向量

的长度等于该结构的厚度，同时

也是长度最短的第一向量。但在与最大面位于同一侧的面集合中，最大面的相邻面中可能存在狭长面，当狭长面的某条边长度与厚度值相当，甚至比厚度值还小时，会被识别为最短向量，但却不是板壳结构的真正厚度。为了避免这种情况，本步骤确定最短向量与最大面的位置关系，以便这种情况予以排除。

步骤三、如果最短向量垂直于最大面，将所述最短向量的长度作为所述板壳结构的厚度；如果不垂直，从未被选取的各第一向量中选取新的最短向量，返回判断所述最短向量是否垂直于所述最大面的操作，直到得到所述板壳结构的厚度。沿厚度方向的面通常是垂直于最大面的，而非沿厚度方向的面通常不垂直最大面，因此通过最短向量是否垂直于最大面，即可确定最短向量是否属于沿厚度方向的面。可选的，在所述最大面上取另外两个点，构建所述一点到所述另外两个点的第二向量；计算两个第二向量的叉积；如果所述第一向量平行于所述叉积，确定所述第一向量垂直于所述最大面。需要说明的是，此处的“垂直”与“平行”并非绝对意义上的90°、0°或180°，允许一定误差，例如5°之内的误差。

S130、根据所述厚度，确定所述CAD几何特征中沿厚度方向的面。

如果所述CAD几何特征中的一个面存在两条边的长度等于所述厚度，且所述两条边均垂直于所述一个面的两个相邻面，则能够确定所述一个面为沿厚度方向的面。具体的，如图6所示，计算数据结构D中的所有边的长度，如果有一个面S _r上存在两条边的长度同时等于厚度值t，并且所述两条边与S _r的两个相邻面垂直，则判定S _r为沿厚度方向的面。

S140、根据所述厚度和所述沿厚度方向的面，确定所述板壳结构的中面。

从数据结构D中并无法直接得到板壳结构的几何形状，也无法直接获取到位于同一侧的面集合，本步骤通过数据运算识别哪些曲面是位于同一侧。可选的，包括以下步骤：

步骤一、在所述CAD几何特征中去除所述沿所述厚度方向的面，得到第一面集合。S130中确定的沿厚度方向的面通常有多个，围在一起形成板壳结构的闭合厚度曲面，将这些面都从数据结构D中删除后，CAD几何特征中只剩余厚度两侧的面集合，如图7所示。

步骤二、以所述最大面为中心，在所述第一面集合中逐层寻找具有相邻关系的面，由所述最大面和所述具有相邻关系的面共同构成第二面集合。虽然图7中的数据中包括了两侧的面集合，但数据结构本身是没有几何形态的，电子设备并不知道哪些面是属于同一侧的。因此本步骤以最大面为中心，逐层向外确定具有相邻关系的面，共同组成第二面集合，该集合就是属于同一侧的面集合。可选的，以所述最大面为目标面，从所述第一面集合中选取与所述目标面的多个相邻面；以各相邻面为新目标面，从所述第一面集合的未被选取过的面中选取所述新目标面的新相邻面，循环迭代，直到不存在相邻面；由所述最大面和选取过的所有相邻面，共同构成第二面集合。其中，面与面之间的相邻关系从CAD数据中就可以得到，具有公共边的面即为相邻面。

步骤三、将所述第二面集合中的面沿各自的法向量偏移所述厚度的一半，得到所述板壳结构的中面。除此之外，也可以沿所述最短向量的方向偏移厚度的一半。沿各自的法向量偏移更符合冲压结构的冲压原理，结果更精确；沿最短向量的方向偏移则无需确定各面的法向量，计算更为简单。但总体而言，由于板壳结构的厚度相对于其它边的长度是非常小的，因此两种偏移方式得到的中面都可以用于后续网格的划分。同样，所述偏移操作也不是通过人手动实现的，而是将各点的坐标叠加沿特定方向的偏移量，即可得到中面对应的数据结构。

本实施例从CAD特征数据中提取出板壳结构厚度和位于同一侧的面集合，然后将该曲面结合沿厚度方向偏移，自动生成板壳结构的中面。整个过程通过数值运算识别将人眼才能观察到的几何结构，无需图形显示和人为介入，通过对点坐标的数据运算即可自动生成板壳结构的中面数据，为板壳结构的三维网格划分提供了基础，大大提高了三维网格划分的效率和质量。

图8为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，如图8所示，该设备包括处理器60、存储器61、输入装置62和输出装置63；设备中处理器60的数量可以是一个或多个，图8中以一个处理器60为例；设备中的处理器60、存储器61、输入装置62和输出装置63可以通过总线或其他方式连接，图8中以通过总线连接为例。

存储器61作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的板壳结构几何中面的自动抽取方法对应的程序指令/模块。处理器60通过运行存储在存储器61中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的板壳结构几何中面的自动抽取方法。

存储器61可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器61可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器61可进一步包括相对于处理器60远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置62可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置63可包括显示屏等显示设备。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任一实施例的板壳结构几何中面的自动抽取方法。

本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案。

Claims

1.一种板壳结构几何中面的自动抽取方法，其特征在于，包括：

获取板壳结构的CAD几何特征；

根据所述CAD几何特征中最大面上的一点到其它面上各点的距离，确定所述板壳结构的厚度；具体的，构建所述CAD几何特征中最大面上一点到其它面上各点的第一向量；从各第一向量中选取最短向量，判断所述最短向量是否垂直于所述最大面；如果垂直，将所述最短向量的长度作为所述板壳结构的厚度；如果不垂直，从未被选取的各第一向量中选取新的最短向量，返回判断所述最短向量是否垂直于所述最大面的操作，直到得到所述板壳结构的厚度；

根据所述厚度，确定所述CAD几何特征中沿厚度方向的面；具体的，如果所述CAD几何特征中的一个面存在两条边的长度等于所述厚度，且所述两条边均垂直于所述一个面的两个相邻面，确定所述一个面为沿厚度方向的面；

根据所述厚度和所述沿厚度方向的面，确定所述板壳结构的中面；具体的，在所述CAD几何特征中去除所述沿所述厚度方向的面，得到第一面集合；以所述最大面为中心，在所述第一面集合中逐层寻找具有相邻关系的面，由所述最大面和所述具有相邻关系的面共同构成第二面集合；将所述第二面集合中的面沿各自的法向量偏移所述厚度的一半，得到所述板壳结构的中面。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述最短向量是否垂直于所述最大面，包括：

在所述最大面上取另外两个点，构建所述一点到所述另外两个点的第二向量；

计算两个第二向量的叉积；

如果所述第一向量平行于所述叉积，确定所述第一向量垂直于所述最大面。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以所述最大面为中心，在所述第一面集合中逐层寻找具有相邻关系的面，由所述最大面和所述具有相邻关系的面共同构成第二面集合，包括：

以所述最大面为目标面，从所述第一面集合中选取与所述目标面的多个相邻面；

以各相邻面为新目标面，从所述第一面集合的未被选取过的面中选取所述新目标面的新相邻面，循环迭代，直到不存在相邻面；

由所述最大面和选取过的所有相邻面，共同构成第二面集合。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述板壳结构为汽车零部件。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CAD几何特征存储为列表或字典的数据结构。

6.一种电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现权利要求1-5任一所述的板壳结构几何中面的自动抽取方法。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一所述的板壳结构几何中面的自动抽取方法。