專利名稱：：面向穩(wěn)態(tài)熱分析的零件模型自動簡化及評價方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：面向穩(wěn)態(tài)熱分析的零件模型自動簡化及評價方法屬于有限元仿真領(lǐng)域，特別涉及通過對零件模型的自動簡化，以輔助實現(xiàn)計算機輔助設計模型到有限元模型的自動轉(zhuǎn)化。
背景技術(shù)：
：穩(wěn)態(tài)熱分析是有限元分析中應用比較廣泛的領(lǐng)域之一，然而計算機輔助設計軟件建造的模型往往包含很多細節(jié)，這些細節(jié)會大大地增加有限元仿真的計算時間，同時這些特征在求解穩(wěn)態(tài)熱分析問題中對計算結(jié)果的影響較小。因此在進行有限元分析之前，需要對零件模型進行簡化。這其中存在兩個關(guān)鍵的問題一是如何實現(xiàn)模型的自動簡化，二是對簡化方案的評價，即如何估計簡化方案對計算誤差及計算時間的影響。目前比較常見的零件模型簡化方式可以分為兩大類，一是對網(wǎng)格模型進行簡化，一是對計算機輔助設計模型(CAD)進行簡化。前者是對計算機輔助設計的零件模型進行網(wǎng)格劃分，獲得網(wǎng)格模型之后，對網(wǎng)格模型采取一系列方法進行簡化，如面聚類、邊抽取法等；但是這種方法存在一些不足首先，如果零件模型本身比較復雜，就很難生成有效地網(wǎng)格模型；其次是對網(wǎng)格模型簡化之后會破壞網(wǎng)格模型和計算機輔助設計(CAD)模型之間的對應關(guān)系，丟失語義信息。后者則是直接對計算機輔助設計軟件建立的零件模型進行簡化，其中最常見的為基于特征的模型簡化方法。如針對對稱的零件模型采取對稱性簡化；對于過渡特征、？L、槽等細小特征采取特征刪除；而對某一具體的領(lǐng)域則可以采用特征降維；同時針對零件模型中的一些高曲率的特征采取特征替換，以低曲率特征代替原有高曲率特征。雖然目前關(guān)于零件模型簡化的研究很多，但多是依賴于分析者的經(jīng)驗，缺少對簡化方案的客觀評價。干燈在會議論文集《InternationalCADconferenceandexhibition》2004年巻603_612頁的學術(shù)論文《Multi-resolutionmodelingforfeature-basedsolidmodelsusingtheeffectivevolumesoffeatures》以特征的有效體積大小進行排序得到零件模型的L0D值。該方法以特征體積大小為基準，把特征的體積大小作為評價零件模型中特征對簡化的敏感性的唯一要素。但是，在有限元計算領(lǐng)域中，采用這種方法來確定零件模型簡化程度級別將存在兩個方面的不足一是由于首先需要根據(jù)零件模型中特征對計算結(jié)果的影響進行排序，那么就需要有衡量零件模型中特征簡化后對有限元計算結(jié)果的客觀方法，但是在L0D標準中，并沒有這種方法，而是根據(jù)主觀認識認為體積越大的特征對計算結(jié)果影響越大；另一是在有限元領(lǐng)域中特征體積的大小明顯不是唯一決定零件模型簡化程度的要素，例如處理體積相同但到載荷面距離不同的特征對有限元計算結(jié)果的影響是不同的，從而可知除特征體積外，必有其它因素也會影響特征處理前后的有限元計算結(jié)果。合肥工業(yè)大學2008屆碩士學位論文《基于誤差分析和特征替換的模型態(tài)生成方法研究》首次提出了以特征簡化后網(wǎng)格直徑改變量，以及對網(wǎng)格剖分產(chǎn)生影響的區(qū)域測度及區(qū)域內(nèi)場函數(shù)的變化等三個要素決定的模型誤差層次來衡量模型簡化對有限元計算結(jié)果的影響。本發(fā)明在文獻《基于誤差分析和特征替換的模型態(tài)生成方法研究》的基礎上對上述三個要素實現(xiàn)量化，并綜合考慮時間因素，完成對模型簡化的評價。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于為應用于穩(wěn)態(tài)熱分析的工業(yè)零件提供一種自動簡化的方法，并為簡化方案提供誤差估計，實現(xiàn)對簡化模型的評價。本發(fā)明的特點是按以下步驟進行(1)輸入SAT格式的零件模型文件，其中存儲著應用于穩(wěn)態(tài)熱分析領(lǐng)域中的零件模型的數(shù)據(jù)集合，該零件模型以邊界表示法表示零件的三維幾何結(jié)構(gòu)，記為模型M=(FACE,EDGE,VERTEX,R)，其中FACE表示零件模型中面的集合，EDGE為邊的集合，VERTEX為頂點的集合，R表示模型中個元素之間的鄰接關(guān)系；V/a"ei^C^，記錄著面的類別平面、圓柱面、圓環(huán)面、球面、樣條面，以及面的曲面方程；Ved^e￡G￡>￡，記錄著邊的曲線方程；VvwtoceF￡/:TEX，記錄著頂點的坐標P(x，y，z);R={&，r2}，其中r丄={(face"face2，edge)|edgeGface丄Hface2，edgeGEDGE,face;GFACE,i=1,2}r2={(edge"edge2，vertex)|vertexGedge丄Hedge2，vertexGVERTEX，edgeiGEDGE,i=1,2}巧表示face丄與face2相令卩于邊edge;r2表示邊edge!與edge2相令卩于頂點vertex;同時選擇有限元分析軟件ANSYS在進行熱分析時所采用的三維網(wǎng)格單元類型；(2)設定過渡面閾值efG(0，1)，并采用過渡特征識別及抑制算法識別出零件模型中的過渡面，形成過渡特征，并對其進行抑制；所述過渡面閾值ef是指設定過渡面面積與其相鄰的所有面的總面積之比的最大值；所述過渡面是指工程中為減小零件應力，使產(chǎn)品美觀，在兩個或多個面相交處增加的過渡區(qū)域，是由滿足以下條件的圓環(huán)面、球面、圓柱面或樣條曲面之一構(gòu)成1)圓環(huán)面①存在兩條圓形光滑邊且互不想交；②若圓環(huán)面的非直線邊多于兩條，則所有的邊組成一個環(huán)；③該面表面積與其相鄰的所有面的總面積之比小于ef;2)樣條面①至少存在一條光滑邊；②與其相鄰的任意兩個平面不平行；③該面表面積與其相鄰的所有面的總面積之比小于ef;3)球面①該面上所有光滑的圓環(huán)邊形成一個環(huán)；②該面表面積與其相鄰的所有面的總面積之比小于ef;4)圓柱面①該面上直線光滑邊數(shù)目大于或等于2;該面與原來所在的圓柱面相比小于給一定的比值、；③該面表面積與其相鄰的所有面的總面積之比小于￡f;所述光滑邊是指滿足以下條件的邊記該邊為edge,當前檢測的面為face"face2為與face!相鄰的面，且相交于edge,即(face!,face2，edge)G巧；若face!與face2在邊edge上每一點的法向量都相等，則稱edge為光滑邊；8所述環(huán)是一組邊的集合，其中所有的邊首尾相連，記為loop=(edge」(edge"edge(i+1)%n，vertex》Gr2，edgeiGEDGE,verteXiGVERTEX,i=1，…n)所述過渡特征是指滿足一定組合規(guī)則的相鄰過渡面的集合EBF={BFi，i=1，n};所述過渡特征抑制是指在過渡特征識別的基礎上，將識別出的過渡特征從零件模型中刪除掉，使得零件模型恢復到過渡操作前的形狀；所述過渡特征識別及抑制算法如下所述1)遍歷模型中的每個面，識別出滿足上述條件的所有過渡面；2)將所有的過渡面，按照過渡特征組合規(guī)則組成過渡特征EBF={BF^i=1，…n};并按照過渡特征抑制順序，建立過渡特征鏈表EBF—SET={EBFj，j=1，m};3)遍歷過渡特征鏈表EBF_SET，對其中的每一過渡特征EBFj，調(diào)用ACIS7.0中REM功能刪除組成該特征的所有過渡面BFi，并對模型進行修復，實現(xiàn)過渡特征的抑制，若抑制出錯，則把該過渡特征加入臨時鏈表；4)再次調(diào)用ACIS7.0中REM功能抑制臨時鏈表中的每個過渡特征；所述過渡特征組合規(guī)則如下1)若該過渡面BF沒有相鄰的過渡面，則獨自形成一個過渡特征EBF={BF};2)若該過渡面B巳是樣條面，且與其相鄰的過渡面只有一個，則獨自組成一個過渡特征EBF={BFJ，否則與其相鄰過渡面BF"(i=2，…，n)組成一個過渡特征EBF={BF"3)若是其它過渡面B巳，則將所有相鄰接的過渡面BF"(i=2，…，n)作為一個過渡特征EBF={BF"i=1，...n};所述過渡特征抑制順序如下1)先抑制單個樣條面組成的過渡特征；2)剩余的過渡特征按特征中所含過渡面數(shù)量從小到大排序；(3)依次輸入細節(jié)特征體積閾值ev(ev>0)，和高曲率特征曲率閾值、(ec>0)，執(zhí)行形狀特征識別算法，識別出模型中的細節(jié)特征和高曲率特征，加入形狀特征鏈表；所述形狀特征，是一組與零件形狀描述相關(guān)的有意義的信息集合，這里主要包括孔、槽、型腔和臺階、圓柱；所述細節(jié)特征是指體積小于體積閾值ev的形狀特征；所述高曲率特征特指圓柱面曲率大于曲率閾值、圓柱特征；所述體積閾值ev是指設定的形狀特征的體積的分類值；所述曲率閾值e。是指設定的形狀特征的曲面曲率的分類值；所述形狀特征鏈表是指包含細節(jié)特征和高曲率特征的集合；所述形狀特征識別算法如下所述1)獲取零件模型的面鄰接屬性圖6=(V，E，A)，其中V表示零件模型M中的面FACE,E表示面之間的鄰接關(guān)系，對應零件模型M中的邊EDGE;A用于記錄附加在V和E之上的屬性，包括邊的凹凸性、面上環(huán)的數(shù)目、環(huán)的內(nèi)外屬性、每個環(huán)的所有邊、面的曲線方程、邊的曲線方程、兩個鄰接面的連接邊的數(shù)目；2)按照子圖分裂規(guī)則對面邊屬性鄰接圖G進行子圖分裂，建立形狀特征關(guān)系無向圖FRG二(F，R)，其中F為子圖的集合，每一個子圖對應一個形狀特征，R表示子圖之間的鄰接關(guān)系；3)按照形狀特征識別順序規(guī)則若形狀特征^先于形狀特征f2識別，則置原FRG中的邊r為有向邊r'，由f2指向f工；實現(xiàn)形狀特征關(guān)系無向圖FRG到形狀特征關(guān)系有向圖FRG'=(F，R')的演化，其中R'為有向邊的集合；4)對形狀特征關(guān)系有向圖FRG'中無出邊的頂點，按照形狀特征匹配規(guī)則進行特征識別，獲得形狀特征f;將形狀特征f的體積與體積閾值ev進行比較，如果小于ev，則將該形狀特征加入形狀特征鏈表，標記為可刪除特征；判斷該形狀特征是否包含圓柱面，且圓柱面的曲率大于曲率閾值e。，則將該形狀特征加入形狀特征鏈表，標記為可替換特征；5)刪除形狀特征關(guān)系有向圖中所述的頂點，更新形狀特征關(guān)系有向圖，返回步驟4)所述子圖分裂規(guī)則如下1)刪除滿足以下條件的環(huán)在面鄰接屬性圖中所對應的邊，將面鄰接屬性圖分裂為更小的子圖①內(nèi)環(huán)；②若圖G中兩個鄰接頂點Vl和^，存在兩條及以上共線的邊，依次記為ei，e2，…en，則頂點Vl所對應的面faCei中夾在^和ei+1之間的線段和v2所對應的面face2中夾在ei和ew之間的線段形成的環(huán)，其中i=1，2，，n_l;如果en與^之間也可形成環(huán)，則該環(huán)也為可分裂環(huán)；③三個頂點Vl、v2、v3兩兩相連，但是三個頂點所對應的面faCei、face2、face3無公共頂點，則屬于這三個面的線段會形成兩個環(huán)，其中線段長度之和較小的那個環(huán)為可分裂環(huán)；④搜索圓柱面及其相連接的兩底面，對于這三個面中的每條邊，如果與其相鄰的另一個面不是圓柱面或其底面，這些邊所形成的環(huán)為可分裂環(huán)；2)在上述分裂的子圖中，采用凹連通分裂法繼續(xù)分裂子圖①搜索凹連通子圖DSG=(V'，E'，A')，Z)SGcG，且子圖中所有邊都是凹邊；②將凹連通子圖對應的結(jié)點從原子圖中刪除，并按原來子圖中鄰接關(guān)系建立新的連通子圖，新連通子圖的邊包括原來的凹邊，也包括凸邊；所述形狀特征識別順序規(guī)則1)若形狀特征^連接在形狀特征f2的某一面的內(nèi)環(huán)上，則^在f2之前識別；2)若形狀特征f連接在在兩個鄰接面所夾的環(huán)上，則形狀特征f在這兩個鄰接面所在形狀特征之前識別；3)若形狀特征f鄰接在三個相互鄰接的面所夾的環(huán)，則形狀特征f先于這三個鄰接面所在的形狀特征識別；4)—般圓柱面上的邊形成的可分裂環(huán)所鄰接的形狀特征在圓柱面特征識別之前識別，但若存在多個可分裂環(huán)，且可分裂環(huán)上形狀特征可以合并時，這些形狀特征應在圓柱面特征識別之后識別；5)采用凹連通分裂出來的子圖應在環(huán)分裂出的子圖之后識別，分裂出來的子圖所對應的形狀特征按包圍盒體積排序，體積小的形狀特征先于體積大的形狀特征識別；(4)設定距離相似度的閾值S，遍歷形狀特征鏈表計算每個形狀特征&可采取的簡化方式oPi，生成可操作特征集Fs，按照以下步驟進行1)遍歷形狀特征鏈表，若形狀特征&是可刪除特征且為負特征，計算其從原始模型l中被刪除后生成的模型Mi相對于M。的距離相似度小。i;若W>乙將4所對應的操作oPi置為刪除，將〈fi，oPi>加入可操作特征集Fs;102)若形狀特征&是可替換特征，計算相應的替換方案，計算形狀特征&從原始模型M。中采取相應替換操作后生成的模型Mi相對于M。的距離相似度小。i;若W>^，將&所對應的操作oPi置為相應的替換，將〈fi，oPi>加入可操作特征集Fs;3)從Fs濾去與載荷相關(guān)的形狀特征；4)將Fs中的形狀特征按照距離相似度由高到低排序；所述距離相似度計算方法如下利用ANSYS軟件網(wǎng)格剖分模塊，對模型M。、Mt采用Delaunay剖分算法得到相應剖分族，將模型Mi的剖分簇記為Thi，記b(T》為單元i;的重心，d(x，y)為點x和y的歐式距離；定義三維空間中一點x到Te的距離如下dp(x，Te)=d(x，b(Te))定義網(wǎng)格單元2;與7;之間的距離如下《(re。,r》=《(6(7;。)，7;')定義網(wǎng)格單元L到剖分簇t的距離如下<(7;,7;')=,《(7;,7;')則剖分簇Th°與t之間的單向距離如下《(7;。,t;'^，5《(7;。,7;')定義剖分簇Th°與之間的對稱Hausdorff距離如下^(j;°，7;)=max(《(7;°，7;'),《(7;',7;0》剖分簇Th°與Th°的差異程度可以由對稱Hausdorff距離衡量，距離越小，Th°與T」;定義距離相似度公式如下越相似"=[1--"巧"-~]x100%maxW"g(6ox:(r力)),(/z'ag(Z)ox(r/》)其中，diag(box(Thi))是Tj的包圍盒對角線長度；所述替換方案的計算方法如下分析人員所設定的網(wǎng)格直徑為h，被替換圓柱特征所對應的截面圓的周長為1，則用于替換的棱柱的面數(shù)"=「///^;所述與載荷相關(guān)的特征是指與載荷相交的特征，即該特征與載荷中的某一元素相交；(5)遍歷可操作特征集Fs，按照以下步驟生成滿足條件的簡化模型集合{Mj}:1)令j=1;2)取第j個特征fj，在模型Mj—工的基礎上執(zhí)行操作叩j，得簡化模型Mj;3)計算簡化模型Mj相對于原始模型M。的距離相似度小。J';4)若^<^，結(jié)束；反之執(zhí)行5)5)將簡化模型Mj加入簡化模型集合{Mj}，j=j+l;轉(zhuǎn)2);(6)根據(jù)分析需求在簡化模型集合{Mj}中選擇一個合適的簡化模型Mj，計算其相對于原始模型的模型態(tài)誤差當量比MSSEPj，及相對于原始模型所節(jié)約的計算時間當量比TPj;生成簡化方案MS={(Mj,M鵬尸)，77^)I^<3，_/e{0,1,…，"}};所述MSSEPj與TPj的計算方法如下所述1)對模型M。、Mj進行網(wǎng)格劃分，保存其單元和節(jié)點信息，其中節(jié)點信息包括節(jié)點的坐標以及節(jié)點的溫度值，單元信息包括單元所包含的所有節(jié)點、單元重心、單元體積；2)獲得模型M。、Mj的單元個數(shù)分別為N。，Nj，計算這兩個零件模型對應的網(wǎng)格模型中相同單元的個數(shù)Ne，Ne。是模型M。與模型Mj的不同單元個數(shù)，即Ne。=N。-Ne;Ne」是模型Mj相對于模型M。的不同單元個數(shù)，Nej=Nj-Ne;3)分別計算兩個模型M。、Mj中不相同的單元的最大邊長h。、hj;4)對粗糙模型M進行網(wǎng)格劃分，設置載荷，并進行有限元分析，獲得其每個節(jié)點的溫度；5)根據(jù)模型M。、Mj中各個單元的形狀函數(shù)、體積以及粗糙模型所計算出的每個節(jié)點溫度，可計算出網(wǎng)格單元不相同部分的溫度分布情況AU。和AUj;<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>其中，ATh°為M。中有而Mj沒有的所有單元的集合；AThj為Mj中有而M。沒有的所有單元的集合；<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>其中xA是單元的節(jié)點，uA是節(jié)點的函數(shù)值，由粗糙模型M中與節(jié)點xA坐標相同的函數(shù)值代替y》,是單元ei中節(jié)點&的形狀函數(shù)，m(x，y，z)是求解區(qū)域內(nèi)任一點(x，y，z)的重數(shù)，即該點被共享的單元數(shù)量；^U，V^，^,z分別為形狀函數(shù)關(guān)于x，y，z的偏導數(shù)；6)綜合上述結(jié)果模型態(tài)誤差當量比MSSEPj=(Ne0h0A110,、AUj)/Ne0h0Au0;7)所述時間當量比計算方式如下TPj=(NrN。)/N。；；所述形狀函數(shù)是由單元類型確定的，一種單元類型對應一組形狀函數(shù)；所述粗糙模型是指刪除零件模型中與載荷及邊界條件拓撲無關(guān)的負特征所獲得的模型；(7)如果簡化模型Mj滿足分析需求，則輸出模型Mj。ACIS7.0是由美國Spatial公司生產(chǎn)的基于面向?qū)ο筌浖夹g(shù)的三位幾何造型引擎；ANSYS軟件是是由美國ANSYS開發(fā)的，融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。圖1為某汽車底盤零件的模型圖及線框圖，面1為載荷面。其中(a)實體模型；(b)線框模型。圖2為過渡特征抑制操作之后的零件模型圖及線框圖。其中(c)實體模型；(d)線框模型。圖3為簡化后模型Mj的模型圖及線框圖。其中(e)實體模型；(f)線框模型。具體實施例方式本發(fā)明用0++語言，基于八(:15內(nèi)核，實現(xiàn)了本發(fā)明所描述的算法，并且在若干零件模型上做了實驗。(1)輸入為圖1所示的，某汽車底盤零件的SAT格式文件，設定網(wǎng)格單元類型為solid87;(2)設定過渡面閾值ef=0.04，并采用過渡特征識別及抑制算法識別出零件模型中的過渡面，形成過渡特征，并對其進行抑制，得到過渡特征抑制后零件模型，如圖2所示；(3)依次輸入細節(jié)特征體積閾值、=l，和高曲率特征曲率閾值、=l，執(zhí)行形狀特征識別算法，識別出模型中的細節(jié)特征和高曲率特征，加入形狀特征鏈表；共有特征28個，其中可刪除特征6個，可替換特征22個；(4)設定距離相似度的閾值S=99.5%，遍歷形狀特征鏈表計算每個形狀特征^可采取的簡化方式0Pi，生成可操作特征集Fs特征序號12345678928Pi6666)99.8199.7899.7999.8199.8199.7999.7299.7299.7199.68其中特征f19_f24為與載荷相關(guān)的載荷，從特征操作集中去除，則其按照距離相似度由高到低排序的結(jié)果為序號12345678924特征f4f2f3f7f8f9f10f13<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>(5)遍歷可操作特征集Fs，按照距離相似度由高到底的順序依次執(zhí)行特征簡化操作，生成滿足條件的簡化模型集合{Mj};(6)在簡化模型集合{Mj}中選取簡化模型M4計算其相對于原始模型的模型態(tài)誤差當量比MSSEP4=1.54，及相對于原始模型所節(jié)約的計算時間當量比TP4=0.079;(7)輸出模型M4，如圖4所示。權(quán)利要求面向穩(wěn)態(tài)熱分析的零件模型自動簡化及評價方法，是按以下步驟進行(1)輸入SAT格式的零件模型文件，其中存儲著應用于穩(wěn)態(tài)熱分析領(lǐng)域中的零件模型的數(shù)據(jù)集合，該零件模型以邊界表示法表示零件的三維幾何結(jié)構(gòu)，記為模型M＝(FACE，EDGE，VERTEX，R)，其中FACE表示零件模型中面的集合，EDGE為邊的集合，VERTEX為頂點的集合，R表示模型中個元素之間的鄰接關(guān)系；記錄著面的類別平面、圓柱面、圓環(huán)面、球面、樣條面，以及面的曲面方程；記錄著邊的曲線方程；記錄著頂點的坐標p(x，y，z)；R＝{r1，r2}，其中r1＝{(face1，face2，edge)|edge∈face1∩face2，edge∈EDGE，facei∈FACE，i＝1，2}r2＝{(edge1，edge2，vertex)|vertex∈edge1∩edge2，vertex∈VERTEX，edgei∈EDGE，i＝1，2}r1表示face1與face2相鄰于邊edge；r2表示邊edge1與edge2相鄰于頂點vertex；同時選擇有限元分析軟件ANSYS在進行熱分析時所采用的三維網(wǎng)格單元類型；(2)設定過渡面閾值εf∈(0，1)，并采用過渡特征識別及抑制算法識別出零件模型中的過渡面，形成過渡特征，并對其進行抑制；所述過渡面閾值εf是指設定過渡面面積與其相鄰的所有面的總面積之比的最大值；所述過渡面是指工程中為減小零件應力，使產(chǎn)品美觀，在兩個或多個面相交處增加的過渡區(qū)域，是由滿足以下條件的圓環(huán)面、球面、圓柱面或樣條曲面之一構(gòu)成1)圓環(huán)面①存在兩條圓形光滑邊且互不想交；②若圓環(huán)面的非直線邊多于兩條，則所有的邊組成一個環(huán)；③該面表面積與其相鄰的所有面的總面積之比小于εf；2)樣條面①至少存在一條光滑邊；②與其相鄰的任意兩個平面不平行；③該面表面積與其相鄰的所有面的總面積之比小于εf；3)球面①該面上所有光滑的圓環(huán)邊形成一個環(huán)；②該面表面積與其相鄰的所有面的總面積之比小于εf；4)圓柱面①該面上直線光滑邊數(shù)目大于或等于2；該面與原來所在的圓柱面相比小于給一定的比值εe；③該面表面積與其相鄰的所有面的總面積之比小于εf；所述光滑邊是指滿足以下條件的邊記該邊為edge，當前檢測的面為face1，face2為與face1相鄰的面，且相交于edge，即(face1，face2，edge)∈r1；若face1與face2在邊edge上每一點的法向量都相等，則稱edge為光滑邊；所述環(huán)是一組邊的集合，其中所有的邊首尾相連，記為loop＝{edgei|(edgei，edge(i+1)％n，vertexi)∈r2，edgei∈EDGE，vertexi∈VERTEX，i＝1，…n}所述過渡特征是指滿足一定組合規(guī)則的相鄰過渡面的集合EBF＝{BFi，i＝1，…n}；所述過渡特征抑制是指在過渡特征識別的基礎上，將識別出的過渡特征從零件模型中刪除掉，使得零件模型恢復到過渡操作前的形狀；所述過渡特征識別及抑制算法如下所述1)遍歷模型中的每個面，識別出滿足上述條件的所有過渡面；2)將所有的過渡面，按照過渡特征組合規(guī)則組成過渡特征EBF＝{BFi，i＝1，…n}；并按照過渡特征抑制順序，建立過渡特征鏈表EBF_SET＝{EBFj，j＝1，…m}；3)遍歷過渡特征鏈表EBF_SET，對其中的每一過渡特征EBFj，調(diào)用ACIS7.0中REM功能刪除組成該特征的所有過渡面BFi，并對模型進行修復，實現(xiàn)過渡特征的抑制，若抑制出錯，則把該過渡特征加入臨時鏈表；4)再次調(diào)用ACIS7.0中REM功能抑制臨時鏈表中的每個過渡特征；所述過渡特征組合規(guī)則如下1)若該過渡面BF沒有相鄰的過渡面，則獨自形成一個過渡特征EBF＝{BF}；2)若該過渡面BF1是樣條面，且與其相鄰的過渡面只有一個，則獨自組成一個過渡特征EBF＝{BF1}，否則與其相鄰過渡面BFi，(i＝2，…，n)組成一個過渡特征EBF＝{BFi，i＝1，…n}；3)若是其它過渡面BF1，則將所有相鄰接的過渡面BFi，(i＝2，…，n)作為一個過渡特征EBF＝{BFi，i＝1，…n}；所述過渡特征抑制順序如下1)先抑制單個樣條面組成的過渡特征；2)剩余的過渡特征按特征中所含過渡面數(shù)量從小到大排序；(3)依次輸入細節(jié)特征體積閾值εv(εv＞0)，和高曲率特征曲率閾值εc(εc＞0)，執(zhí)行形狀特征識別算法，識別出模型中的細節(jié)特征和高曲率特征，加入形狀特征鏈表；所述形狀特征，是一組與零件形狀描述相關(guān)的有意義的信息集合，這里主要包括孔、槽、型腔和臺階、圓柱；所述細節(jié)特征是指體積小于體積閾值εv的形狀特征；所述高曲率特征特指圓柱面曲率大于曲率閾值εc圓柱特征；所述體積閾值εv是指設定的形狀特征的體積的分類值；所述曲率閾值εc是指設定的形狀特征的曲面曲率的分類值；所述形狀特征鏈表是指包含細節(jié)特征和高曲率特征的集合；所述形狀特征識別算法如下所述1)獲取零件模型的面鄰接屬性圖G＝(V，E，A)，其中V表示零件模型M中的面FACE，E表示面之間的鄰接關(guān)系，對應零件模型M中的邊EDGE；A用于記錄附加在V和E之上的屬性，包括邊的凹凸性、面上環(huán)的數(shù)目、環(huán)的內(nèi)外屬性、每個環(huán)的所有邊、面的曲線方程、邊的曲線方程、兩個鄰接面的連接邊的數(shù)目；2)按照子圖分裂規(guī)則對面邊屬性鄰接圖G進行子圖分裂，建立形狀特征關(guān)系無向圖FRG＝(F，R)，其中F為子圖的集合，每一個子圖對應一個形狀特征，R表示子圖之間的鄰接關(guān)系；3)按照形狀特征識別順序規(guī)則若形狀特征f1先于形狀特征f2識別，則置原FRG中的邊r為有向邊r′，由f2指向f1；實現(xiàn)形狀特征關(guān)系無向圖FRG到形狀特征關(guān)系有向圖FRG′＝(F，R′)的演化，其中R′為有向邊的集合；4)對形狀特征關(guān)系有向圖FRG′中無出邊的頂點，按照形狀特征匹配規(guī)則進行特征識別，獲得形狀特征f；將形狀特征f的體積與體積閾值εv進行比較，如果小于εv，則將該形狀特征加入形狀特征鏈表，標記為可刪除特征；判斷該形狀特征是否包含圓柱面，且圓柱面的曲率大于曲率閾值εc，則將該形狀特征加入形狀特征鏈表，標記為可替換特征；5)刪除形狀特征關(guān)系有向圖中所述的頂點，更新形狀特征關(guān)系有向圖，返回步驟4)所述子圖分裂規(guī)則如下1)刪除滿足以下條件的環(huán)在面鄰接屬性圖中所對應的邊，將面鄰接屬性圖分裂為更小的子圖①內(nèi)環(huán)；②若圖G中兩個鄰接頂點v1和v2，存在兩條及以上共線的邊，依次記為e1，e2，…en，則頂點v1所對應的面face1中夾在ei和ei+1之間的線段和v2所對應的面face2中夾在ei和ei+1之間的線段形成的環(huán)，其中i＝1，2，…，n-1；如果en與e1之間也可形成環(huán)，則該環(huán)也為可分裂環(huán)；③三個頂點v1、v2、v3兩兩相連，但是三個頂點所對應的面face1、face2、face3無公共頂點，則屬于這三個面的線段會形成兩個環(huán)，其中線段長度之和較小的那個環(huán)為可分裂環(huán)；④搜索圓柱面及其相連接的兩底面，對于這三個面中的每條邊，如果與其相鄰的另一個面不是圓柱面或其底面，這些邊所形成的環(huán)為可分裂環(huán)；2)在上述分裂的子圖中，采用凹連通分裂法繼續(xù)分裂子圖①搜索凹連通子圖DSG＝(V′，E′，A′)，且子圖中所有邊都是凹邊；②將凹連通子圖對應的結(jié)點從原子圖中刪除，并按原來子圖中鄰接關(guān)系建立新的連通子圖，新連通子圖的邊包括原來的凹邊，也包括凸邊；所述形狀特征識別順序規(guī)則1)若形狀特征f1連接在形狀特征f2的某一面的內(nèi)環(huán)上，則f1在f2之前識別；2)若形狀特征f連接在在兩個鄰接面所夾的環(huán)上，則形狀特征f在這兩個鄰接面所在形狀特征之前識別；3)若形狀特征f鄰接在三個相互鄰接的面所夾的環(huán)，則形狀特征f先于這三個鄰接面所在的形狀特征識別；4)一般圓柱面上的邊形成的可分裂環(huán)所鄰接的形狀特征在圓柱面特征識別之前識別，但若存在多個可分裂環(huán)，且可分裂環(huán)上形狀特征可以合并時，這些形狀特征應在圓柱面特征識別之后識別；5)采用凹連通分裂出來的子圖應在環(huán)分裂出的子圖之后識別，分裂出來的子圖所對應的形狀特征按包圍盒體積排序，體積小的形狀特征先于體積大的形狀特征識別；(4)設定距離相似度的閾值δ，遍歷形狀特征鏈表計算每個形狀特征fi可采取的簡化方式opi，生成可操作特征集Fs，按照以下步驟進行1)遍歷形狀特征鏈表，若形狀特征fi是可刪除特征且為負特征，計算其從原始模型M0中被刪除后生成的模型Mi相對于M0的距離相似度φ0i；若將fi所對應的操作opi置為刪除，將<fi，opi>加入可操作特征集Fs；2)若形狀特征fi是可替換特征，計算相應的替換方案，計算形狀特征fi從原始模型M0中采取相應替換操作后生成的模型Mi相對于M0的距離相似度φ0i；若將fi所對應的操作opi置為相應的替換，將<fi，opi>加入可操作特征集Fs；3)從Fs濾去與載荷相關(guān)的形狀特征；4)將Fs中的形狀特征按照距離相似度由高到低排序；所述距離相似度計算方法如下利用ANSYS軟件網(wǎng)格剖分模塊，對模型M0、Mi采用Delaunay剖分算法得到相應剖分族，將模型Mi的剖分簇記為Thi，記b(Te)為單元Te的重心，d(x，y)為點x和y的歐式距離；定義三維空間中一點x到Te的距離如下dp(x，Te)＝d(x，b(Te))定義網(wǎng)格單元與之間的距離如下<mrow><msub><mi>d</mi><mi>e</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>T</mi><mi>e</mi><mn>0</mn></msubsup><mo>,</mo><msubsup><mi>T</mi><mi>e</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>d</mi><mi>p</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>b</mi><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>T</mi><mi>e</mi><mn>0</mn></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><msubsup><mi>T</mi><mi>e</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>)</mo></mrow></mrow>定義網(wǎng)格單元Te到剖分簇Thi的距離如下<mrow><msub><mi>d</mi><mi>v</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>T</mi><mi>e</mi></msub><mo>,</mo><msubsup><mi>T</mi><mi>h</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munder><mi>min</mi><mrow><msubsup><mi>T</mi><mi>e</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>∈</mo><msubsup><mi>T</mi><mi>h</mi><mi>i</mi></msubsup></mrow></munder><msub><mi>d</mi><mi>e</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>T</mi><mi>e</mi></msub><mo>,</mo><msubsup><mi>T</mi><mi>e</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>)</mo></mrow></mrow>則剖分簇Th0與Thi之間的單向距離如下<mrow><msub><mi>d</mi><mi>h</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>T</mi><mi>h</mi><mn>0</mn></msubsup><mo>,</mo><msubsup><mi>T</mi><mi>h</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munder><mi>max</mi><mrow><msubsup><mi>T</mi><mi>e</mi><mn>0</mn></msubsup><mo>∈</mo><msubsup><mi>T</mi><mi>h</mi><mn>0</mn></msubsup></mrow></munder><msub><mi>d</mi><mi>v</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>T</mi><mi>e</mi><mn>0</mn></msubsup><mo>,</mo><msubsup><mi>T</mi><mi>h</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>)</mo></mrow></mrow>定義剖分簇Th0與Thi之間的對稱Hausdorff距離如下<mrow><msub><mi>d</mi><mi>H</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>T</mi><mi>h</mi><mn>0</mn></msubsup><mo>,</mo><msubsup><mi>T</mi><mi>h</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>max</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>d</mi><mi>h</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>T</mi><mi>h</mi><mn>0</mn></msubsup><mo>,</mo><msubsup><mi>T</mi><mi>h</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><msub><mi>d</mi><mi>h</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>T</mi><mi>h</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>,</mo><msubsup><mi>T</mi><mi>h</mi><mn>0</mn></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>剖分簇Th0與Th0的差異程度可以由對稱Hausdorff距離衡量，距離越小，Th0與Thi越相似；定義距離相似度公式如下<mrow><msubsup><mi>φ</mi><mn>0</mn><mi>i</mi></msubsup><mo>=</mo><mo>[</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mfrac><mrow><msub><mi>d</mi><mi>H</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>T</mi><mi>h</mi><mn>0</mn></msubsup><mo>,</mo><msubsup><mi>T</mi><mi>h</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>max</mi><mrow><mo>(</mo><mi>diag</mi><mrow><mo>(</mo><mi>bos</mi><msubsup><mi>T</mi><mi>h</mi><mn>0</mn></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mi>diag</mi><mrow><mo>(</mo><mi>box</mi><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>T</mi><mi>h</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow></mfrac><mo>]</mo><mo>×</mo><mn>100</mn><mo>%</mo></mrow>其中，diag(box(Thi))是Thi的包圍盒對角線長度；所述替換方案的計算方法如下分析人員所設定的網(wǎng)格直徑為h，被替換圓柱特征所對應的截面圓的周長為l，則用于替換的棱柱的面數(shù)所述與載荷相關(guān)的特征是指與載荷相交的特征，即該特征與載荷中的某一元素相交；(5)遍歷可操作特征集Fs，按照以下步驟生成滿足條件的簡化模型集合{Mj}1)令j＝1；2)取第j個特征fj，在模型Mj-1的基礎上執(zhí)行操作opj，得簡化模型Mj；3)計算簡化模型Mj相對于原始模型M0的距離相似度φ0j；4)若結(jié)束；反之執(zhí)行5)5)將簡化模型Mj加入簡化模型集合{Mj}，j＝j+1；轉(zhuǎn)2)；(6)根據(jù)分析需求在簡化模型集合{Mj}中選擇一個合適的簡化模型Mj，計算其相對于原始模型的模型態(tài)誤差當量比MSSEPj，及相對于原始模型所節(jié)約的計算時間當量比TPj；生成簡化方案<mrow><mi>MS</mi><mo>=</mo><mo>{</mo><mrow><mo>(</mo><msub><mi>M</mi><mi>j</mi></msub><mo>,</mo><msub><mi>MSSEP</mi><mi>j</mi></msub><mo>,</mo><msub><mi>TP</mi><mi>j</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo><msubsup><mi>φ</mi><mn>0</mn><mi>j</mi></msubsup><mo><</mo><mi>δ</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>∈</mo><mo>{</mo><mn>0,1</mn><mo>,</mo><mo>·</mo><mo>·</mo><mo>·</mo><mo>,</mo><mi>n</mi><mo>}</mo><mo>}</mo><mo>;</mo></mrow>所述MSSEPj與TPj的計算方法如下所述1)對模型M0、Mj進行網(wǎng)格劃分，保存其單元和節(jié)點信息，其中節(jié)點信息包括節(jié)點的坐標以及節(jié)點的溫度值，單元信息包括單元所包含的所有節(jié)點、單元重心、單元體積；2)獲得模型M0、Mj的單元個數(shù)分別為N0，Nj，計算這兩個零件模型對應的網(wǎng)格模型中相同單元的個數(shù)Ne，Ne0是模型M0與模型Mj的不同單元個數(shù)，即Ne0＝N0-Ne；Nej是模型Mj相對于模型M0的不同單元個數(shù)，Nej＝Nj-Ne；3)分別計算兩個模型M0、Mj中不相同的單元的最大邊長h0、hj；4)對粗糙模型M進行網(wǎng)格劃分，設置載荷，并進行有限元分析，獲得其每個節(jié)點的溫度；5)根據(jù)模型M0、Mj中各個單元的形狀函數(shù)、體積以及粗糙模型所計算出的每個節(jié)點溫度，可計算出網(wǎng)格單元不相同部分的溫度分布情況ΔU0和ΔUj；<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>U</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><msub><mrow><mo>|</mo><msub><mi>u</mi><mn>0</mn></msub><mo>|</mo></mrow><mrow><mn>1,2</mn><mo>,</mo><mi>Δ</mi><msubsup><mi>T</mi><mi>h</mi><mn>0</mn></msubsup></mrow></msub><mo>=</mo><msqrt><msub><mi>Σ</mi><mrow><mi>T</mi><mo>∈</mo><mi>Δ</mi><msubsup><mi>T</mi><mi>h</mi><mn>0</mn></msubsup></mrow></msub><mi>V</mi><mrow><mo>(</mo><mi>T</mi><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><msup><mrow><mo>|</mo><mo>∂</mo><msub><mi>u</mi><mn>0</mn></msub><mo>/</mo><mo>∂</mo><mi>x</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>ζ</mi><mn>1</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mo>|</mo><mo>∂</mo><msub><mi>u</mi><mn>0</mn></msub><mo>/</mo><mo>∂</mo><mi>y</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>ζ</mi><mn>2</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mo>|</mo><mo>∂</mo><msub><mi>u</mi><mn>0</mn></msub><mo>/</mo><mo>∂</mo><mi>z</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>ζ</mi><mn>3</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>)</mo></mrow></msqrt></mrow><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>U</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msub><mrow><mo>|</mo><msub><mi>u</mi><mi>i</mi></msub><mo>|</mo></mrow><mrow><mn>1,2</mn><mo>,</mo><mi>Δ</mi><msubsup><mi>T</mi><mi>h</mi><mi>i</mi></msubsup></mrow></msub><mo>=</mo><msqrt><msub><mi>Σ</mi><mrow><mi>T</mi><mo>∈</mo><mi>Δ</mi><msubsup><mi>T</mi><mi>h</mi><mi>i</mi></msubsup></mrow></msub><mi>V</mi><mrow><mo>(</mo><mi>T</mi><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><msup><mrow><mo>|</mo><mo>∂</mo><msub><mi>u</mi><mi>i</mi></msub><mo>/</mo><mo>∂</mo><mi>x</mi><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>ζ</mi><mn>1</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mo>|</mo><mo>∂</mo><msub><mi>u</mi><mi>i</mi></msub><mo>/</mo><mo>∂</mo><mi>y</mi><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>ζ</mi><mn>2</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mo>|</mo><mo>∂</mo><msub><mi>u</mi><mi>i</mi></msub><mo>/</mo><mo>∂</mo><mi>z</mi><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>ζ</mi><mn>3</mn><mo>′</mo></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>)</mo></mrow></msqrt></mrow>其中，ΔTh0為M0中有而Mj沒有的所有單元的集合；ΔThj為Mj中有而M0沒有的所有單元的集合；其中xΔ是單元的節(jié)點，uΔ是節(jié)點的函數(shù)值，由粗糙模型M中與節(jié)點xΔ坐標相同的函數(shù)值代替；是單元ei中節(jié)點Ni的形狀函數(shù)，m(x，y，z)是求解區(qū)域內(nèi)任一點(x，y，z)的重數(shù)，即該點被共享的單元數(shù)量；分別為形狀函數(shù)關(guān)于x，y，z的偏導數(shù)；6)綜合上述結(jié)果模型態(tài)誤差當量比MSSEPj＝(Ne0h0Δu0-NejhjΔuj)/Ne0h0Δu0；7)所述時間當量比計算方式如下TPj＝(Nj-N0)/N0；；所述形狀函數(shù)是由單元類型確定的，一種單元類型對應一組形狀函數(shù)；所述粗糙模型是指刪除零件模型中與載荷及邊界條件拓撲無關(guān)的負特征所獲得的模型；(7)如果簡化模型Mj滿足分析需求，則輸出模型Mj。全文摘要本發(fā)明是一種面向穩(wěn)態(tài)熱分析的零件模型自動簡化及評價方法，輸入SAT格式的零件模型；依據(jù)設定的過渡特征閾值，識別出式零件模型中的過渡特征，并對其進行抑制，生成過渡特征抑制之后的零件模型M；針對模型M，設定的細小特征閾值及高曲率特征閾值，執(zhí)行形狀特征識別算法，識別出零件模型中的細小特征及高曲率特征，建立特征鏈表；遍歷特征鏈表對其中的每一個特征計算其距離相似度，并按距離相似度由高到低排序，建立可操作特征集；針對可操作特征集依次采取相應的特征簡化操作，生成簡化方案的集合；在簡化方案集合中選擇合適的簡化模型，計算器模型誤差當量比及計算時間當量比，實現(xiàn)對簡化模型的評價，并輸出簡化模型。文檔編號G06F17/50GK101697174SQ20091018533公開日2010年4月21日申請日期2009年11月6日優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日發(fā)明者劉曉平,吳敏,季浩,李丹,金燦申請人:合肥工業(yè)大學;