本发明专利技术公开一体化快速产品迭代成形装置及其方法。所述装置结构包含设计平台、仿真分析模块、数据处理模块、节点管理模块。结构设计平台用于机械结构的建模设计。仿真分析模块采用边界元算法直接用面单元离散网格数据进行数值分析计算，建模过程中的几何模型利用边界面离散网格单元算法得到单元数据，通过接口函数传递给边界单元数值算法计算。数据处理模块针对所述仿真分析模块的计算前处理的网格单元数据与载荷数据，并针对计算后处理的结果数据、用户交互数据以及多阶段仿真分析的数据集进行数据处理而给出数据管理结构。节点管理模块针对机械结构设计建模过程的不同成熟度下的仿真分析和结构设计的管理。本发明专利技术还公开应用所述装置的方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，尤其涉及一种多级成熟度下机械结构一体化快速产品迭代成形装置、及所述装置的一体化快速产品迭代成形方法。
技术介绍
随着计算机的飞速发展，个人计算机的数据处理计算能力不断提升，使得数字化设计、分析技术得以实现并不断增强。利用计算机进行产品开发的数字化技术已经成为机械制造业发展的重要推动力，计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)以及计算机辅助工程(Computer Aided Engineering，CAE)是由此而发展起来的数字化技术的两个重要应用方向，并且随着计算机硬件的发展，各自的功能性、操作性和扩展性也不断丰富和提升，成为现今制造业不可或缺的重要技术。由于计算机辅助设计(CAD)的模型是利用边界(B-Rep)或构造实体几何(CSG)等方式精确表达，而计算机辅助工程(CAE)大多是利用离散的网格单元近似表达模型，通过有限单元法(FEA)分析计算。这种不同平台数据格式的不兼容导致CAD软件设计模型导入CAE软件进行分析计算前，需要进行大量的前处理操作，比如:小特征移除、模型裂缝处理、特征简化、模型转换等。之后需要在CAE平台上进行三维网格单元生成以及数值分析计算过程。得到分析结果后依照设计要求更改产品结构，成形过程需要不断在结构设计和仿真分析中迭代进行。目前，主流的CAD 结构设计软件包括 AutoCAD、PTC Creo、SpaceClaim、Solidwork等，均具有强大的三维模型构建能力；主流的CAE平台软件基本基于有限单元方法，包括Ansys、Abqus、Hyperworks等，均可以对模型获得可靠的数值分析计算结果。然而，有限单元法通常采用三维体网格单元拟合得到分析模型，导致几何与分析模型表达不统一，用户在数值分析前需要模型转换及繁琐前处理交互以得到较高精度计算结果；此外，由于有限单元法计算的体网格单元对于细小特征的拟合性不够，在对模型网格单元离散之前需要进行小特征移除、特征修复等复杂操作。这些复杂的交互操作使得机械产品成形迭代过程中非有效工作时间占据了全部工作时间的40%?80%，工作效率受到了很大影响。为了提高实际工程模型设计效率，避免各自独立发展导致二者协作工作时出现问题，许多学者对CAD/CAE集成化操作进行了深入研究，集成化通常有四种方式:对象链接技术(Object-Linking Technology)，特殊接口法(Special Interface Method)，中间文件转换法(Neutral File Translat1n)，以及等几何方法(Isogeometric Analysis Method)等。集成化通常有四种方式:对象链接技术(Object-Linking Technology)，特殊接口法(Special Interface Method)，中间文件转换法(Neutral File Translat1n)，以及等几何方法(Isogeometric Analysis Method)等。第1种，对象链接技术通过要求其他软件的授权，使得在本地软件可以直接调用分析软件的对应接口来达到初步级别的CAD/CAE集成化。这种集成方式仅仅简单的在建模软件中添加FEA分析设计交互界面，链接授权的分析模块，将原本显式导入导出过程变为同一平台内隐式数据传输，并没有从根本上解决CAD/CAE数据不兼容，迭代设计自动化程度过低等问题。第2种，特殊接口法借助于独立的接口模型文件，使得模型可以在不同平台间交互转换。此方法确保了几何建模与性能分析间模型的兼容性，但这些数据交换标准可能丢失高层的设计信息。同时，对于复杂的模型还会产生数据信息的丢失或冗余，后期的几何模型的修补工作量大，反而影响产品设计效率。第3种，中间文件法通过在CAD建模与CAE分析平台之上加入集成模型的中间文件，实现CAD/CAE集成化系统的思路。这种中间模型的建立通常需要借助专家经验，所面向的设计过程并不具有普遍性。同时，由于性能分析模块采用的是FEA分析方法，因此耗时的前处理网格划分等操作在这种集成化系统中仍无法避免。第4种，等几何方法利用非均匀有理B样条(NURBS)参数体精确表达三维的几何模型的计算域，因此具有高精度以及模型数据统一的优势，但在复杂拓扑模型中，获取NURBS三变量参数体表达十分困难。并且由于NURBS基函数缺乏插值性，使得边界条件很难准确施加到边界面上。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多级成熟度下机械结构一体化快速产品迭代成形装置、及所述装置的一体化快速产品迭代成形方法，其解决由于几何与分析模型表达不统一，机械产品结构迭代成形过程工作效率较低的问题。本专利技术通过以下技术方案实现:一种多级成熟度下机械结构一体化快速产品迭代成形装置，其包括结构设计平台、仿真分析模块、数据处理模块、节点管理模块；所述结构设计平台用于机械结构的建模设计，所述仿真分析模块、所述数据处理模块、所述节点管理模块均基于所述结构设计平台的二次开发接口进行功能性扩充；所述仿真分析模块采用边界元算法直接用面单元离散网格数据进行数值分析计算，建模过程中的几何模型利用边界面离散网格单元算法得到单元数据，通过接口函数传递给边界单元数值算法计算；所述数据处理模块针对所述仿真分析模块的计算前处理的网格单元数据与载荷数据，并针对计算后处理的结果数据、用户交互数据以及多阶段仿真分析的数据集进行数据处理而给出数据管理结构；所述节点管理模块针对机械结构设计建模过程的不同成熟度下的仿真分析和结构设计的管理。作为上述方案的进一步改进，所述结构设计平台采用PTC Creo三维建模软件作为支撑平台。作为上述方案的进一步改进，所述仿真分析模块包括网格单元离散部分、边界元分析计算部分以及后处理部分；所述网格单元离散部分采用ACIS的Facet模块划分得到边界面三角网格单元，通过数据整理得到计算所需要的单元数据结构；所述边界元分析计算是利用边界元法积分等式，采用快速多极算法，并借助计算机统一计算架构，通过离散得到数值计算等式计算物理问题；所述后处理通过计算得到的结果数据采用Matlab软件直观地呈现分析云图。进一步地，所述单元数据结构包括节点坐标信息、节点所属面标记信息、节点的邻接节点标记信息、节点的邻接单元标记信息、单元的三个节点、单元的载荷信息、单元所属面标记信息、单元的邻接单元标记信息。进一步地，述后处理在建模过程中直接触发边界元的分析计算得到每个节点单元的计算数据，根据计算数据进行后处理渲染，得到直观云图。作为上述方案的进一步改进，所述数据处理模块的数据结构采用树状分支连接，主干支点依赖于建模的各个成熟度节点；每一个主干支点包括两项分支节点:计算前处理数据、计算后处理数据；所述计算前处理数据包含离散单元的节点、单元数据，施加的载荷数据，用户交互数据；所述计算后处理数据包含计算结果数据以及用户交互数据，这两个数据均不具有可继承性。进一步地，用户交互数据具有可继承性，载荷数据具有半可继承性，能用于此主干支点的其他后续主干支点使用。进一步地，所述数据管理结构中包含两个数据操作:数据转换操作、数据传输操作；所述数据转换操作包含两方面:第一方面是将离散单元数据转换为可计算的节点、单元数据结构，第二方面是本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多级成熟度下机械结构一体化快速产品迭代成形装置，其特征在于：其包括结构设计平台、仿真分析模块、数据处理模块、节点管理模块；所述结构设计平台用于机械结构的建模设计，所述仿真分析模块、所述数据处理模块、所述节点管理模块均基于所述结构设计平台的二次开发接口进行功能性扩充；所述仿真分析模块采用边界元算法直接用面单元离散网格数据进行数值分析计算，建模过程中的几何模型利用边界面离散网格单元算法得到单元数据，通过接口函数传递给边界单元数值算法计算；所述数据处理模块针对所述仿真分析模块的计算前处理的网格单元数据与载荷数据，并针对计算后处理的结果数据、用户交互数据以及多阶段仿真分析的数据集进行数据处理而给出数据管理结构；所述节点管理模块针对机械结构设计建模过程的不同成熟度下的仿真分析和结构设计的管理。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：魏一雄，程五四，张祥祥，陈帝江，胡祥涛，陈兴玉，周红桥，田富君，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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