[发明专利]一种基于材料属性优化的仿真网格划分方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于材料属性优化的仿真网格划分方法及系统，该方法包括以下步骤：获取结构产品的热环境以及热输入特性；根据热环境以及热输入特性确定结构产品的一维热传导特定方向；获取结构产品的密度、比热容以及导热率；定义结构产品发生尺寸变化的区域为非基准尺寸区域；将非基准尺寸的区域沿尺寸变化方向进行体积切割，得到多个特征区域；对各个特征区域的尺寸设置为与基准尺寸区域的尺寸大小相同；根据非基准尺寸区域的尺寸变化方向与一维热传导方向的相对关系来对各个特征区域的材料属性进行优化；按照上述特征区域的材料属性优化后的结构产品的几何体进行网格划分，有效避免了小尺寸结构特征导致的网格数量激增与网格质量畸变。

技术领域

本发明涉及材料属性优化领域。更具体地，涉及一种基于材料属性优化的仿真网格划分方法及系统。

背景技术

热控仿真是一种被普遍应用的热控设计方法。为确保仪器设备温度在不同工况下满足热控设计要求，人们通常使用有限元仿真技术对仪器设备在工作过程中进行仿真。仪器设备工作时热传导、热对流、热辐射的热通量通常是随时间变化的，但不同的传热方式、不同的时间参数都施加在网格单元体或网格节点上，然后再依据不同的仿真算法进行仿真计算。

因此仪器设备的热控仿真是一个基于网格的计算过程。在确保热控仿真结果高可靠性的基础上，一方面需要尽量降低网格单元体数量，进而有效地提升运算效率；另一方面需要避免畸变网格，进而避免残差收敛性发散导致计算无效。

目前，结构特征尺寸变化区域是以上两类问题的重点区域，该类型区域可划分为两种情况：第一种是结构特征尺寸变化方向与主要一维热传导方向相同，典型结构为薄壳结构件厚度变化区域；第二种是结构特征尺寸变化方向与主要一维热传导方向垂直，典型结构为设备支架流/固界面大尺寸差异区域。下面分别针对两种典型结构进行技术介绍。

薄壳结构件主要热传导方向为表面垂直方向，即主要通过薄壳结构件两侧温度差进行一维热传导，常用于设备包覆外壳和空间流体划分外壳，前者主要通过热传导影响温度分布，热载荷施加在固体网格，后者主要通过热传导、热对流影响温度分布，热载荷施加在固体、流体网格。薄壳结构件厚度变化区域通过以下三个方面影响模型网格尺寸：厚度较薄区域需要更小尺寸网格匹配；受限于网格增长速率，厚度较厚区域必须以一定速率减小网格尺寸以匹配厚度较小区域；同理固体附近的流体网格也需要减少自身网格尺寸以匹配变化区域。三者共同作用导致仿真过程相同几何体积需要更小的网格尺寸，即更多的网格数量。

设备支架流/固界面大尺寸差异区域，主要传热方式为通过设备支架横截面垂直方向的温度差进行一维热传导，特备是遍布于流体内部的设备支架。由于设备支架横截面与周围流体存在较大的几何尺寸差异，从而限制相应流体网格尺寸。不同的几何分布产生不同的网格尺寸影响，特别是设备支架遍布流体区域的情况下，流体区域整体网格尺寸必须降低以确保与不同设备支架网格匹配，最终导致固体网格数量稳定的情况下，大量增加流体网格数量。

以上情况极大程度上增加网格数量从而降低仿真效率。伴随仿真算法耦合、跨软件联动仿真等专业趋势发展，结构特征尺寸变化区域是网格奇异点、网格碎片化等重点网格畸变区域。特别是体网格畸变区域引发的残差发散问题，即使花费大量人工进行网格修补也难以确保仿真残差收敛、结果可靠。

发明内容

为解决背景技术中所提出的技术问题中的至少一个，本发明提供了一种基于材料属性优化的仿真网格划分方法及系统。

本发明第一方面提供一种基于材料属性优化的仿真网格划分方法，包括以下步骤：

获取结构产品的热环境以及热输入特性；

根据所述热环境以及热输入特性确定所述结构产品的一维热传导特定方向；

获取所述结构产品的密度、比热容以及导热率；

定义所述结构产品发生尺寸变化的区域为非基准尺寸区域；