[发明专利]一种服务产业联盟的远程有限元分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及参数化设计、有限元计算、远程分析服务、WebGL可视化等技术领域，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。

背景技术

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，本发明专利提出了一种服务产业联盟的远程有限元分析方法并搭建服务平台，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。

发明内容

本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种服务产业联盟的远程有限元分析方法及平台，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。

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；