[发明专利]一种船舶结构有限元模型虚拟可视化重构方法

说明书

本发明涉及一种船舶结构有限元模型虚拟可视化重构方法，包括：提取有限元模型特征信息，预定义通用的可视化数据存储格式函数库和配置文件，生成特征信息文件；通过预定义的所述函数库建立数据转换接口，重构所述有限元模型，将重构后模型的三维点云数据修正为统一形式的三角形网络拓扑结构，并对所述拓扑结构进行处理和修正；将重构后的有限元模型通过系统发布，实现船舶结构有限元模型的虚拟可视化重构方法。本发明将有限元分析技术和虚拟现实技术相结合，能够实现有限元网格质量的高效检查和修正，也为有限元分析结果后处理的可视化提供了有效途径。

技术领域

本发明涉及三维可视化显示技术领域，特别是涉及一种船舶结构有限元模型虚拟可视化重构方法。

背景技术

有限元数值模拟是开展力学研究的重要手段，应用于船舶、汽车、航天、旋转机械、桥梁、岩土与地质工程等众多领域。有限元数值模拟包括前处理、分析计算及后处理三个过程，其中前处理为几何模型构造、网格划分、确定初始条件和边界条件等；分析计算是建立对应的数值模型并完成相应的求解计算，比如静力学、动力学、极限强度等；后处理是以图形、表格、曲线等方式呈现分析结果。前处理是保证有限元模型质量、确保计算准确、提高计算效率及计算结果准确呈现的关键过程。但是目前现有的CAE(Computer AidedEngineering)软件，其前处理和后处理的可视化方法主要是基于2D屏幕结合视角的旋转来观察模型质量及计算结果，无法满足可视化的直观性、可靠性、准确性及多样性要求。

虽然在有限元建模过程中采用板壳单元代替实体单元，大大降低了模型中节点的数量，但是面对船舶发展的大型化趋势，尤其是超大型集装箱船、油船等出现，有限元分析过程中的节点和单元数目依然呈现级数级别的增长。面对海量增长的节点和网格数目，现有的有限元软件前处理过程中以图形图像的方式展示，设计者观察和检查网格模型过程中，对网格数量巨大的精细模型的可视化能力弱、效率低且不稳定，影响对模型设计缺陷的判断，直接影响计算的精度及后处理结果的显示。目前CAE软件前处理和后处理的通用功能难以满足大规模网格及结果数据的可视化研究需求。

近年来，在计算技术的快速发展下，CAE软件得到快速发展，目前市场主流的CAE软件包括：Patran、ABAQUS、Ansys等数十种，但是这些软件采用的数据架构、运行平台、数据格式等呈现多样化，相互之间的数据通用性极差，比如Patran软件的模型存储格式为.bdf，计算结果文件存储在.xdb中；ABAQUS软件的模型存储格式为.inp，计算结果存储在.odb文件中；ANSYS以*.rst存储结构和耦合场分析结果文件，以*.rth存储温度场分析结果文件；Fluent以*.cas存储计算几何模型拓扑结构的描述，以*.dat存储计算结果。大规模的网格数据在不同的软件平台数据架构不同，并存在大量的冗余节点和网格信息，造成了不同软件平台之间数据交互的鸿沟。因此目前亟需一种通用化的格式来表征不同CAE软件平台的前处理和后处理模型数据，同时保证模型的轻量化需求，提高可视化效率。

虚拟现实技术(Virtual Reality，VR)是基于计算机图形学的新型可视化交互技术，虚拟场景提供了沉浸式的视觉和交互体验。虚拟现实有别于传统的2D可视化，在视觉显示上给予真实的3D呈现。采用虚拟现实技术可以解决传统有限元分析过程中的模型前处理和结果后处理的可视化问题。目前国内外基于虚拟现实的有限元仿真通用可视化研究仍处于起步阶段，在模型的通用可视化、模型的轻量化、交互方式多样化、后处理结果的渲染及可靠性表达等方面具有很大的发展空间。面对虚拟现实和有限元仿真日益增长的工程解决方案需求，迫切需要构建操作简便、通用性强、可扩展性强的通用可视化显示系统，为设计人员提供快速、有效和可靠的大规模有限元模型及分析结果可视化解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提出一种船舶结构有限元模型虚拟可视化重构方法，解决船舶结构在有限元数值模型构建与修正过程中的虚拟可视化问题，构建有效及可靠的通用化设计平台，以提高设计人员结构设计及分析的效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：