一种服务产业联盟的远程有限元分析方法技术

一种服务产业联盟的远程有限元分析方法，包括以下步骤：（1）有限元模板提取，对产业联盟内成员企业产品中需要有限元分析的零部件进行分类和分析，提取有限元模板，包括边界条件类型和分析过程参数；（2）几何模型构建，利用CAD系统对产业联盟内成员企业产品中需要有限元分析的零部件结构进行几何建模，主要分为参数化建模和用户自定义建模两种方式；（3）边界条件标定，通过在几何模型中对施加边界条件的图元作必要的标定，将几何模型作为有限元分析的参数输入接口；（4）有限元模型转换，通过ANSYS Workbench把几何模型转化为有限元模型；（5）远程有限元计算，通过命令流控制协同仿真环境完成对零部件的远程有限元分析；（6）有限元分析结果反馈，利用WebGL技术，实现有限元分析结果的三维可视化反馈；（7）公共服务平台实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及参数化设计、有限元计算、远程分析服务、WebGL可视化等
，通过对产业联盟内成员企业相似产品特征提取、参数化设计、几何模型构建、边界条件标定、有限元计算、可视化输出等步骤，实现对产业联盟内成员企业相似产品关键零部件的远程有限元分析服务，该系统平台以Web服务的方式部署在互联网上，产业联盟内成员企业可以通过远程软件服务的方式使用，提高了产业联盟内成员企业应用有限元分析的能力和对产品进行性能分析的水平。
技术介绍
随着对产品设计要求的不断提高和产品设计周期的不断缩短，有限元分析方法是企业为保证开发的产品达到设计性能要求的重要手段，但进行有限元分析的技术和成本都比较高，一般中小型企业、甚至部分大企业缺乏产品有限元分析的能力。 中小企业通过组建产业联盟来提高产业的整体设计能力，是一种有效的合作模式。产业联盟有其自身的特点，联盟成员限于某一行业内的企业或是同一产业链各个组成部分的跨行业企业。产业联盟内成员企业产品功能具有相似性，力学模型也具有一致性。 现有远程有限元分析方法大多面向单个或几个企业，主要对单一企业的产品分析或对产品进行尺寸上的优化。将某一行业不同企业相似产品共同特征提取出来做成通用模板来分析，将大大提高企业利用有限元分析的能力。为此，本专利技术专利提出了并搭建服务平台，解决现有远程有限元分析方法无法服务于产业联盟的局限性。
技术实现思路
本专利技术要克服现有技术的上述缺点，提供及平台，以提高联盟成员企业利用有限元分析进行产品设计的能力。 ，包括如下步骤: I)相似产品有限元模板提取；按照产品的结构特征和承力特点，分析特征结构的力学模型、材料属性、网格划分方法和边界条件等，将这些处理过程程序化，进行有限元模板提取，对边界条件类型固定化，分析过程参数化； 1.1)边界条件类型固定化；有限元分析利用数学近似的方法对真实物理系统进行模拟，可简化成求解微分方程，而求微分方程需要限定的变量值称为边界条件；在有限元分析当中边界条件分为约束和载荷两类；产业联盟内成员企业相似产品力学模型具有一致性，主要表现为图元类型一致性、约束类型一致性、载荷类型一致性。对产业联盟内成员企业相似产品进行分析处理，归纳边界条件类型，封装成固定的模板即原始有限元模型，储存在服务器端数据库； 1.2)分析过程参数化；联盟成员企业相似产品具有一致性也具有差异性，差异性主要表现在几何模型差异性、材料差异性和载荷大小差异性；几何模型差异性又分为尺寸差异性和结构差异性，在CAD系统中建模过程中实现；而材料差异性和载荷差异性在CAE前处理过程中完成； 几何模型、材料属性和载荷大小作为有限元分析的输入参数，将这些参数嵌入到命令流文件中，以便自动实现新产品的有限元分析；通过对CAE和CAE系统的二次开发，可对参数的动态修改，实现用户交互操作； 2)几何模型构建；根据产品结构的特点，可进行固定结构的产品建模和变型结构的产品建模；对固定结构的产品建模可通过参数化建模和用户自定义建模两种方式实现；而变型结构的产品需要通过用户自定义建模完成；利用CAD系统进行几何模型的构建； 3)边界条件标定；将几何模型转化成有限元模型前在几何模型中做必要的标定，通过在几何模型中插入相应的局部坐标系来查找施加边界条件的图元； 根据局部坐标系查找图元的具体方法为:先指定图元类型、坐标及尺寸，由于边界条件主要施加在点线面上，可以将图元类型分为点、直线、曲线、平面、柱面和球面等；由于图元类型为点、线、面，不存在质量分布不均的问题，根据图元类型可求出质心坐标；图元尺寸可用长度(线图元)和面积(面图元)进行度量；最后插入局部坐标系。 4)有限元模型转换；完成产品的分析计算需要将几何模型转换成有限元模型，将标定了边界条件的几何模型导入到有限元协同环境中的Design Modeler，实现几何模型的共享，并在Design Simulat1n进行前处理、分析计算和后处理； 4.l)Workbench调用；通过操作系统命令执行ANSYS Workbench,还可以实现命令的参数化，以便实现分析自动化，通过下面的命令行实现平台的启动: 〈installat1n path>/vl40/Framework/bin/<platform>/runwb2 ； 协同平台启动的同时需要指定执行行为，对边界条件相同、结构不同产品的远程有限元分析是在批处理模式下实现分析，有限元分析处理主要通过脚本文件实现；因此指定的行为可总结为:在批处理模式下，运行执行指定的命令流，并在完成命令流执行后关闭控制台窗口，实现此功能的命令行如下: -B-R<installat1n path>\example.wbjn ； 将启动Workbench和指定操作封装成一个Web Service的方法,供远程调用； 4.2)命令流实现；模型转换通过参数化的命令流实现，命令流调用SDK对象实现对Workbench各个模块的操作，Workbench提供的SDK对象是基于COM (Component ObjectModel)的对象，它可以直接被脚本程序访问；参数化的命令涉及到Workbench的DesignModeler 和 Design Simulat1n 两个模块。 几何模型、材料属性和载荷大小作为有限元分析的输入参数，可根据用户需要对参数修改，实现交互操作；首先打开原始有限元模型，将几何模型导入有限元协同仿真环境；然后根据用户输入的有限元参数设置材料属性和载荷大小，对有限元模型重新划分网格和施加边界条件完成|吴型转换； 5)远程有限元计算；利用命令流对转换后的有限元模型求解并输出结果，根据有限元模板中设定的分析计算方法和步骤对新模型求解，并在Design Simulat1n环境中调用宏命令将节点应力和位移输出； 6)可视化输出；利用WebGL三维可视化技术将分析结果转换成三维图形或图像显示给用户； 6.1)数据分类与处理。有限元分析结果的数据可分为几类储存在数据库中，主要的表信息如下: (I)结构基本表:记录有限元模型每个节点的坐标(X，y, z)； (2)单元基本表:记录划分网格的类型，以及每个单元含有的节点编号及排列顺序; (3)应力基本表:记录有限元计算的每个节点的应力值； (4)位移基本表:记录每个节点的变型尺寸； (5)可见点基本表:记录表面可见的所有节点的编号，可见点的标定可通过在原始有限元模型指定图元类型来实现，设定面图元即可选择所有的表面； 为了便于将数据从服务器传输到客户端，先将数据库中的数据按照一定方式转换为XML格式。网格划分将实体划分成小的立体结构，WebGL基本构建块是三角形，因此在生成XML格式之前对数据进行预处理，将体数据转化成面数据，将同一面上的数据按照相应的顺序存储为XML文档的子元素，方便在客户端对数据解析。 6.2)可视化模型的构造与显示；WebGL提供三种基本图元:点、线、三角形，从3D图形硬件角度来看，三角形是最基本的构建块，因此，将有限元结果模型分解成三角形图元； 用户发送请求后，首先从服务器端调用模型显示的网页，然后数据以XML格式传到客户端，浏览本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种服务产业联盟的远程有限元分析方法，包括如下步骤：1）相似产品有限元模板提取；按照产品的结构特征和承力特点，分析特征结构的力学模型、材料属性、网格划分方法和边界条件等，将这些处理过程程序化，进行有限元模板提取，对边界条件类型固定化，分析过程参数化；1.1）边界条件类型固定化；有限元分析利用数学近似的方法对真实物理系统进行模拟，可简化成求解微分方程，而求微分方程需要限定的变量值称为边界条件；在有限元分析当中边界条件分为约束和载荷两类；产业联盟内成员企业相似产品力学模型具有一致性，主要表现为图元类型一致性、约束类型一致性、载荷类型一致性。对产业联盟内成员企业相似产品进行分析处理，归纳边界条件类型，封装成固定的模板即原始有限元模型，储存在服务器端数据库；1.2）分析过程参数化；联盟成员企业相似产品具有一致性也具有差异性，差异性主要表现在几何模型差异性、材料差异性和载荷大小差异性；几何模型差异性又分为尺寸差异性和结构差异性，在CAD系统中建模过程中实现；而材料差异性和载荷差异性在CAE前处理过程中完成；几何模型、材料属性和载荷大小作为有限元分析的输入参数，将这些参数嵌入到命令流文件中，以便自动实现新产品的有限元分析；通过对CAE和CAE系统的二次开发，可对参数的动态修改，实现用户交互操作；2）几何模型构建；根据产品结构的特点，可进行固定结构的产品建模和变型结构的产品建模；对固定结构的产品建模可通过参数化建模和用户自定义建模两种方式实现；而变型结构的产品需要通过用户自定义建模完成；利用CAD系统进行几何模型的构建；3）边界条件标定；将几何模型转化成有限元模型前在几何模型中做必要的标定，通过在几何模型中插入相应的局部坐标系来查找施加边界条件的图元；根据局部坐标系查找图元的具体方法为：先指定图元类型、坐标及尺寸，由于边界条件主要施加在点线面上，可以将图元类型分为点、直线、曲线、平面、柱面和球面等；由于图元类型为点、线、面，不存在质量分布不均的问题，根据图元类型可求出质心坐标；图元尺寸可用长度（线图元）和面积（面图元）进行度量；最后插入局部坐标系。4）有限元模型转换；完成产品的分析计算需要将几何模型转换成有限元模型，将标定了边界条件的几何模型导入到有限元协同环境中的Design Modeler，实现几何模型的共享，并在Design Simulation进行前处理、分析计算和后处理；4.1）Workbench调用；通过操作系统命令执行ANSYS Workbench，还可以实现命令的参数化，以便实现分析自动化，通过下面的命令行实现平台的启动：<installation path>/v140/Framework/bin/<platform>/runwb2；协同平台启动的同时需要指定执行行为，对边界条件相同、结构不同产品的远程有限元分析是在批处理模式下实现分析，有限元分析处理主要通过脚本文件实现；因此指定的行为可总结为：在批处理模式下，运行执行指定的命令流，并在完成命令流执行后关闭控制台窗口，实现此功能的命令行如下：‑B‑R<installation path>\example.wbjn；将启动Workbench和指定操作封装成一个Web Service的方法，供远程调用；4.2）命令流实现；模型转换通过参数化的命令流实现，命令流调用SDK对象实现对Workbench各个模块的操作，Workbench提供的SDK对象是基于COM(Component Object Model)的对象,它可以直接被脚本程序访问；参数化的命令涉及到Workbench的Design Modeler和Design Simulation两个模块。几何模型、材料属性和载荷大小作为有限元分析的输入参数，可根据用户需要对参数修改，实现交互操作；首先打开原始有限元模型，将几何模型导入有限元协同仿真环境；然后根据用户输入的有限元参数设置材料属性和载荷大小，对有限元模型重新划分网格和施加边界条件完成模型转换；5）远程有限元计算；利用命令流对转换后的有限元模型求解并输出结果，根据有限元模板中设定的分析计算方法和步骤对新模型求解，并在Design Simulation环境中调用宏命令将节点应力和位移输出；6）可视化输出；利用WebGL三维可视化技术将分析结果转换成三维图形或图像显示给用户；6.1）数据分类与处理。有限元分析结果的数据可分为几类储存在数据库中，主要的表信息如下：(1)结构基本表：记录有限元模型每个节点的坐标（x,y,z）；(2)单元基本表：记录划分网格的类型，以及每个单元含有的节点编号及排列顺序；(3)应力基本表：记录有限元计算的每个节点的应力值；(4)位移基本表：记录每个节点的变型尺寸；(5)可见点基本表:记录表面可见的所有节点的编号，可见...

【技术特征摘要】
1.一种服务产业联盟的远程有限元分析方法，包括如下步骤: 1)相似产品有限元模板提取；按照产品的结构特征和承力特点，分析特征结构的力学模型、材料属性、网格划分方法和边界条件等，将这些处理过程程序化，进行有限元模板提取，对边界条件类型固定化，分析过程参数化； .1.1)边界条件类型固定化；有限元分析利用数学近似的方法对真实物理系统进行模拟，可简化成求解微分方程，而求微分方程需要限定的变量值称为边界条件；在有限元分析当中边界条件分为约束和载荷两类；产业联盟内成员企业相似产品力学模型具有一致性，主要表现为图元类型一致性、约束类型一致性、载荷类型一致性。对产业联盟内成员企业相似产品进行分析处理，归纳边界条件类型，封装成固定的模板即原始有限元模型，储存在服务器端数据库； .1.2)分析过程参数化；联盟成员企业相似产品具有一致性也具有差异性，差异性主要表现在几何模型差异性、材料差异性和载荷大小差异性；几何模型差异性又分为尺寸差异性和结构差异性，在CAD系统中建模过程中实现；而材料差异性和载荷差异性在CAE前处理过程中完成； 几何模型、材料属性和载荷大小作为有限元分析的输入参数，将这些参数嵌入到命令流文件中，以便自动实现新产品的有限元分析；通过对CAE和CAE系统的二次开发，可对参数的动态修改，实现用户交互操作； 2)几何模型构建；根据产品结构的特点，可进行固定结构的产品建模和变型结构的产品建模；对固定结构的产品建模可通过参数化建模和用户自定义建模两种方式实现；而变型结构的产品需要 通过用户自定义建模完成；利用CAD系统进行几何模型的构建； 3)边界条件标定；将几何模型转化成有限元模型前在几何模型中做必要的标定，通过在几何模型中插入相应的局部坐标系来查找施加边界条件的图元； 根据局部坐标系查找图元的具体方法为:先指定图元类型、坐标及尺寸，由于边界条件主要施加在点线面上，可以将图元类型分为点、直线、曲线、平面、柱面和球面等；由于图元类型为点、线、面，不存在质量分布不均的问题，根据图元类型可求出质心坐标；图元尺寸可用长度(线图元)和面积(面图元)进行度量；最后插入局部坐标系。 4)有限元模型转换；完成产品的分析计算需要将几何模型转换成有限元模型，将标定了边界条件的几何模型导入到有限元协同环境中的Design Modeler，实现几何模型的共享，并在Design Simulat1n进行前处理、分析计算和后处理； .4.l)Workbench调用；通过操作系统命令执行ANSYS Workbench,还可以实现命令的参数化，以便实现分析自动化，通过下面的命令行实现平台的启动:〈installat1n path>/vl40/Framework/bin/<platform>/runwb2 ； 协同平台启动的同时需要指定执行行为，对边界条件相同、结构不同产品的远程有限元分析是在批处理模式下实现分析，有限元分析处理主要通过脚本文件实现；因此指定的行为可总结为:在批处理模式下，运行执行指定的命令流，并在完成命令流执行后关闭控制台窗口，实现此功能的命令行如下:-B-R<installat1n path>\example.wbjn ； 将启动Workbench和指定操作封装成一个Web Service的方法,供远程调用；4.2)命令流实现；模型转换通过参数化的命令流实现，命令流调用SDK对象实现对Workbench各个模块的操作，Workbench提供的SDK对象是基于COM (Component Object Model)的对象，它可以直接被脚本程序访问；参数化的命令涉及到Workbench的Design Modeler和DesignSimu...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖刚，张元鸣，马成龙，高飞，陆佳炜，卢金晨，陈苗，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33