一种复杂壳体结构的参数化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种复杂壳体结构的参数化设计方法，本发明专利技术根据复杂壳体结构各组件的几何外形特点及其构成，并综合考虑以数字化样机和特征建模为技术特征的产品数字化研制体系的需要，提出了精确反映复杂壳体结构组件真实结构外形的整体参数化定义设计方法。对复杂壳体结构的各类组件依据其结构几何特点制定相应的整体参数化定义，不仅实现复杂壳体结构各类组件几何外形的整体参数化描述，而且在几何外形参数化定义的基础上引入材料、加工工艺等信息，提出一套具有通用性的对复杂壳体结构全组件数据结构的表达机制，使其不但能够便捷地提供复杂壳体结构几何建模及结构分析所需数据，还能为复杂壳体结构的加工制造提供相关数据信息。据信息。据信息。

【技术实现步骤摘要】
一种复杂壳体结构的参数化设计方法


[0001]本专利技术涉及结构设计技术，特别涉及一种复杂壳体结构剖面的参数化设计方法。

技术介绍

[0002]壳体结构具有轻量化和高强度的特点，直接影响着复杂结构的结构强度、动力学特性等性能。因此，开展复杂壳体结构设计的研究对通用壳体结构的发展与提高具有非常重要的意义与价值。复杂壳体结构设计通常包括多个流程且同时涵盖几何建模、结构力学、动力学、噪声、振动等多个学科，每个学科还包含多个分支，尤其在复杂壳体结构中的应用，使得设计过程更为复杂和繁琐。因此，复杂壳体结构设计过程是一种技术密集度高、涉及学科面广的复杂工程问题。然而长期以来，传统壳体结构的设计方法逐步暴露出设计效率低、精度差、应用的技术方法和手段落后以及忽视工程系统中各学科之间的耦合效应等问题。此外，目前我国迫切地需要打通数字化研制体系，这对复杂壳体结构设计过程又提出了更高的要求。因此，开展对复杂壳体结构的数字化设计研究具有重要的意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是：开展复杂壳体结构设计的研究。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供了一种复杂壳体结构的参数化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、通过对复杂壳体结构设计分析，建立材料特征数据库，在材料特征数据库中，每一种材料有唯一的编号，外部程序经由该编号调用相应材料的材料特征；步骤2、通过对复杂壳体结构各组件结构进行分析和归纳，针对复杂壳体结构各组件结构特点，对每个组件结构建立以定义方式构成的整体参数化数据结构，整体参数化数据结构至少包括以对应结构材料参数数据构成的材料参数和以每个剖面或层数据指针构成的结构参数，其中：材料参数数据链接材料特征数据库调用相应的材料特征，材料参数数据结构包括材料名称和材料类型；剖面或层数据指针指向下一级每个剖面或层具体参数数据；步骤3、每个组件结构所对应的整体参数化数据封装成对象的形式，并根据剖面或层数据指针指向的指向关系形成树形结构；最后所有组件结构形成以剖面描述为中心的复杂壳体结构设计体系。
[0005]优选地，所述整体参数化数据结构中的所述结构参数是根据复杂壳体结构各组件的结构几何特点和构成原理，通过整体外形定义、分层定义或多剖面定义方式来实现复杂壳体结构各类组件结构的结构参数化。
[0006]优选地，所述复杂壳体结构中包含了承力组件结构，承力组件结构整体外形定义的几何信息的参数化定义通过分段描述实现，各段的描述是由各段起点剖面和终点剖面几何参数来表示，对于各段之间剖面的几何参数则通过起点和终点剖面几何参数进行线性或曲线插值获得。
[0007]优选地，所述承力组件结构的整体参数化数据结构包括一层整体数据表以及一层是剖面数据表，整体数据表包括材料属性、工艺属性和结构几何数据，其中，结构几何数据存储的是承力组件结构的剖面数据指针，这些剖面数据指针指向其对应的承力组件结构剖面数据结构，该剖面数据结构包括剖面位置x、中间点数m、厚度h以及几何外形参数{y1,h1},{y2,h2},
…
, {y
m
,h
m
}，其中，h=max(h1,h2,
…
,h
m
)，y
m
表示第m点的y方向坐标，h
m
表示第m点的h方向坐标，其中，x方向和y方向与厚度h方向呈右手坐标系，x方向指向剖面所在平面面法向。
[0008]优选地，所述复杂壳体结构中包含了支撑组件结构，多个支撑组件结构组件之间连接在一起使复杂壳体结构剖面形成多闭室结构，支撑组件结构的剖面外形依据实际功能具有多种类型，对支撑组件结构整体外形定义的几何描述通过多剖面定义方式来实现，通过给出整体外形定义的起点剖面和终点剖面以及中间剖面的几何参数实现整体外形定义的参数化定义。
[0009]优选地，所述支撑组件结构的整体参数化数据结构包括一层整体支撑组件数据表、一层单个支撑组件结构数据表以及一层支撑组件的剖面数据表，其中，整体支撑组件数据表用于存放指向构成复杂壳体结构的各个支撑组件结构的数据指针；单个支撑组件结构数据表用于存放每个支撑组件结构的材料属性、工艺属性和结构几何数据，结构几何数据存放支撑组件结构的各剖面数据指针，这些剖面数据指针指向其对应的支撑组件结构剖面数据结构，该剖面数据结构包括剖面位置x、中间点数m、厚度h以及几何外形参数{y1,h1},{y2,h2},
…
, {y
m
,h
m
}。
[0010]优选地，所述复杂壳体结构中包含了表面壳结构，对表面壳结构的参数化定义是通过对表面壳结构分层定义实现的。
[0011]优选地，所述表面壳结构的整体参数化数据结构包括一层表面壳结构的整体数据表以及一层铺层数据，其中，整体数据表用于存放指向不同铺层数据的指针；铺层数据包括各铺层的材料属性和结构几何属性，材料属性包括材料型号、固定点数、厚度、铺层角度以及铺层坐标，结构几何属性为{y1,h1,θ1},{y2,h2,θ2},
…
,{y
m
,h
m
,θ
m
}，θ
m
表示第m个铺层的相对旋转角度。
[0012]优选地，所述复杂壳体结构中所有组件结构确定后，复杂壳体结构内的剩余空间均为填充物，填充物不需要进行结构尺寸定义；支撑组件结构将复杂壳体结构内的空间分割成多块，填充物的数目比支撑组件结构的数目多1个，各块填充物根据不同材料进行材料名称和类型的定义。
[0013]优选地，所述填充物的整体参数化数据结构一层整体填充物数据表以及一层填充物数据表，其中，整体填充物数据表中按照各块填充物在复杂壳体结构剖面位置存放指向各块填充物数据的数据指针，填充物数据表用于存放填充物材料的名称、类型以及注释内容。
[0014]本专利技术根据复杂壳体结构各组件的几何外形特点及其构成，并综合考虑以数字化样机和特征建模为技术特征的产品数字化研制体系的需要，提出了精确反映复杂壳体结构组件真实结构外形的整体参数化定义设计方法。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术为复杂壳体结构参数化设计方法，对复杂壳体结构的各类组件依据其结构几何特点制定相应的整体参数化定义，不仅实
现复杂壳体结构各类组件几何外形的整体参数化描述，而且在几何外形参数化定义的基础上引入材料、加工工艺等信息，提出一套具有通用性的对复杂壳体结构全组件数据结构的表达机制，使其不但能够便捷地提供复杂壳体结构几何建模及结构分析所需数据，还能为复杂壳体结构的加工制造提供相关数据信息，并研发智能向导的复杂壳体结构组件定义模块，引导用户以简便直观的交互方式实现对各组件的定义。从而大大提高了复杂壳体结构结构设计的准确度和高效性。
附图说明
[0016]图1为本专利技术以剖面描述为核心的复杂壳体结构示意图；图2为本专利技术整体复杂壳体结构的参数化数据结构示意图；图3为本专利技术结构A剖面结构示意图；图4A及图4B为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂壳体结构的参数化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、通过对复杂壳体结构设计分析，建立材料特征数据库，在材料特征数据库中，每一种材料有唯一的编号，外部程序经由该编号调用相应材料的材料特征；步骤2、通过对复杂壳体结构各组件结构进行分析和归纳，针对复杂壳体结构各组件结构特点，对每个组件结构建立以定义方式构成的整体参数化数据结构，整体参数化数据结构至少包括以对应结构材料参数数据构成的材料参数和以每个剖面或层数据指针构成的结构参数，其中：材料参数数据链接材料特征数据库调用相应的材料特征，材料参数数据结构包括材料名称和材料类型；剖面或层数据指针指向下一级每个剖面或层具体参数数据；步骤3、每个组件结构所对应的整体参数化数据封装成对象的形式，并根据剖面或层数据指针指向的指向关系形成树形结构；最后所有组件结构形成以剖面描述为中心的复杂壳体结构设计体系。2.根据权利要求1所述的一种复杂壳体结构的参数化设计方法，其特征在于，所述整体参数化数据结构中的所述结构参数是根据复杂壳体结构各组件的结构几何特点和构成原理，通过整体外形定义、分层定义或多剖面定义方式来实现复杂壳体结构各类组件结构的结构参数化。3.根据权利要求2所述的一种复杂壳体结构的参数化设计方法，其特征在于，所述复杂壳体结构中包含了承力组件结构，承力组件结构整体外形定义的几何信息的参数化定义通过分段描述实现，各段的描述是由各段起点剖面和终点剖面几何参数来表示，对于各段之间剖面的几何参数则通过起点和终点剖面几何参数进行线性或曲线插值获得。4. 根据权利要求3所述的一种复杂壳体结构的参数化设计方法，其特征在于，所述承力组件结构的整体参数化数据结构包括一层整体数据表以及一层是剖面数据表，整体数据表包括材料属性、工艺属性和结构几何数据，其中，结构几何数据存储的是承力组件结构的剖面数据指针，这些剖面数据指针指向其对应的承力组件结构剖面数据结构，该剖面数据结构包括剖面位置x、中间点数m、厚度h以及几何外形参数{y1,h1},{y2,h2},
…
, {y
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,h
m
}，其中，h=max(h1,h2,
…
,h
m
)，y
m
表示第m点的y方向坐标，h
m
表示第m点的h方向坐标，其中，x方向和y方向与厚度h方向呈右手坐标系，x方向指向剖面所在平面面法向。5.根据权利要求2所述的一种复杂壳体结构的参数化设计方法，其特征在于，所述复杂壳体结构中包含了支撑组件结构，多个支撑组件结构组件之间连接在一起...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟策，李岳峰，李云峰，
申请(专利权)人：上海索辰信息科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：