專利名稱：使用顯式有限元分析、采用子循環(huán)和質(zhì)量縮放的組合技術(shù)數(shù)值模擬產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及計(jì)算機(jī)輔助工程分析，更具體地，本發(fā)明涉及連同子循環(huán)和質(zhì)量縮放的組合技術(shù)(combined technique)使用顯式有限元分析(finiteelement analysis,FEA)數(shù)值模擬產(chǎn)品(例如，汽車、飛機(jī)等)的結(jié)構(gòu)性能的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
有限元分析(FEA)是廣泛應(yīng)用于工業(yè)、以建模和解決與復(fù)雜系統(tǒng)有關(guān)的工程問(wèn)題的計(jì)算機(jī)化方法，例如三維非線性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析。FEA的名稱起源于為考慮中的物體指定幾何形狀的方式。隨著現(xiàn)代數(shù)字計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，F(xiàn)EA已經(jīng)實(shí)現(xiàn)為FEA軟件?；旧系兀現(xiàn)EA軟件提供有幾何描述的模型和該模型內(nèi)每個(gè)點(diǎn)處的相關(guān)材料屬性。在這一模型內(nèi)，分析中的系統(tǒng)的幾何形狀由被稱為元素的各種大小的實(shí)體(solid)、殼(shell)和線束(beam)來(lái)代表。各元素的頂點(diǎn)稱作為節(jié)點(diǎn)。模型包括有限數(shù)量的元素，所述元素分配有材料名稱從而使各元素與材料屬性相關(guān)聯(lián)。該模型因此代表由分析中的物體連同其直接周邊(immediatesurrounding)所占據(jù)的物理空間。FEA軟件接下來(lái)涉及一表格,在所述表格中將每個(gè)材料類型的屬性(例如，應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)方程、楊格模量、泊松比、熱導(dǎo)率)制成表。此外指定了該物體邊界處的條件(即，負(fù)載、物理約束等)。照這樣創(chuàng)建物體及其環(huán)境的模型。FEA具有兩個(gè)求解技術(shù)(solution technique):隱式(implicit)有限元分析(“隱式法”)和顯式有限元分析(“顯式法”)。兩個(gè)方法均用于求解瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)方程且因此獲得該方程的均衡解。各方法經(jīng)由離散時(shí)間間隔或時(shí)間間隔△ t從時(shí)間(t)推進(jìn)至?xí)r間((t+ △ t)。上述方法有時(shí)被稱為時(shí)間推進(jìn)模擬，其包含許多連續(xù)時(shí)間步長(zhǎng)或求解循環(huán)(solutioncycle)。本發(fā)明涉及顯 式法，只要時(shí)間步長(zhǎng)非常小所述顯式法則是穩(wěn)定的一特別地，時(shí)間間隔必須小于彈性波從一元素的一側(cè)傳播到另一側(cè)所花費(fèi)的時(shí)間。在顯式法中維持穩(wěn)定解的最大時(shí)間步長(zhǎng)稱作為臨界時(shí)間步長(zhǎng)彈性波的速度是材料質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的剛度的函數(shù)，有限元和元素大小或元素尺寸代表所述結(jié)構(gòu)的剛度。對(duì)具有大致(substantially)相似材料的FEA模型而言，最小的元素通?？刂婆R界時(shí)間步長(zhǎng)。FEA模型中，甚至一個(gè)大致較小的元素可以引起該FEA模型內(nèi)大多數(shù)元素的臨界時(shí)間步長(zhǎng)不必要地變小。往往采用更精細(xì)的網(wǎng)格對(duì)結(jié)構(gòu)的特定部分建模，以捕獲更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。例如，與用于建模車身的殼元素形成對(duì)比的是，可能采用非常小的實(shí)體元素建模方向盤。兩種大小間的比率可以是100或更大，從而使得采用100或小更多倍的時(shí)間步長(zhǎng)分析整個(gè)結(jié)構(gòu)(即轎車)。在另一情況下，當(dāng)任何元素在時(shí)間推進(jìn)模擬的中途變形為變得太小時(shí)，該問(wèn)題也有可能發(fā)生。如果存在泡沫材料的話這會(huì)經(jīng)常發(fā)生，這是由于在增大彈性波速度和降低最短尺寸時(shí)它們顯著壓縮。結(jié)果，對(duì)剩余模擬而言需要的時(shí)間步長(zhǎng)將非常小。模擬不僅確實(shí)變得非常耗費(fèi)時(shí)間，而且也變得不切實(shí)際。針對(duì)這一問(wèn)題存在許多現(xiàn)有技術(shù)的方法。然而沒(méi)有一種方法提供令人滿意的求解。它們的其中一種稱作為子循環(huán)，其允許在有限元模型的不同部分使用不同時(shí)間步長(zhǎng)。然而，子循環(huán)需要周期性地將各元素分類/再分類為不同二進(jìn)制文件(bin)，所述二進(jìn)制文件隨著不同時(shí)間步長(zhǎng)動(dòng)態(tài)變化。另一方法稱作為質(zhì)量縮放，其通過(guò)人工增加其質(zhì)量密度而使一元素的臨界時(shí)間步長(zhǎng)增加。然而，將質(zhì)量縮放人工應(yīng)用于整個(gè)FEA模型可能會(huì)以不需要的方式改變結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能(即，人工地較高的質(zhì)量)。因此，需要使用顯式FEA、采用子循環(huán)和質(zhì)量縮放的組合技術(shù)來(lái)數(shù)值模擬產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能的方法及系統(tǒng)，以便高效且有效地執(zhí)行模擬。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了使用顯式FEA、采用子循環(huán)和質(zhì)量縮放的組合技術(shù)數(shù)值模擬產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能的系統(tǒng)、方法和軟件產(chǎn)品。根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，在其上安裝有有限元分析應(yīng)用模塊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中定義和接收代表一產(chǎn)品(例如，汽車)的有限元分析(FEA)模型。FEA模型包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)和有限元(例如，殼元素、實(shí)體元素、泡沫元素(foam element)等)。另夕卜，還指定產(chǎn)品的時(shí)間推進(jìn)模擬的最小時(shí)間步長(zhǎng)(Atmin)(例如，通過(guò)用戶(即，設(shè)計(jì)或幫助設(shè)計(jì)該產(chǎn)品的工程師、科學(xué)家))基于其屬性(S卩，剛度、質(zhì)量和大小)計(jì)算FEA模型中每個(gè)有限元的臨界時(shí)間步長(zhǎng)。隨后通過(guò)其鄰近有限元或相鄰有限元的較小的臨界時(shí)間步長(zhǎng)更新每個(gè)有限元的臨界時(shí)間步長(zhǎng)(Atra)。使用在以下“具體實(shí)施方式
”分段中列示的Eq.4計(jì)算基于元素屬性的臨界時(shí)間步長(zhǎng)?；诟鱾€(gè)所需的最小時(shí)間步長(zhǎng)將FEA模型的有限元分類為多個(gè)元素組。建立多個(gè)元素組，其中第一元素組與作為所需的最小時(shí)間步長(zhǎng)Atmin相關(guān)聯(lián)，而其他元素組與整數(shù)倍數(shù)的Atmin相關(guān)聯(lián)。特別地，公式GlriAtmtoIi=I, 2，..，N)用于各個(gè)元素組，N是大于I的完整數(shù)。當(dāng)使用顯式FEA的上述FEM模型用于時(shí)間推進(jìn)模擬時(shí)，根據(jù)該組所需的最小時(shí)間步長(zhǎng)處理或求解每個(gè)元素組的有限元。這意味著，僅在與上一元素組所需的時(shí)間步長(zhǎng)QHAtmin)對(duì)應(yīng)的主求解循環(huán)中處理上一元素組中的有限元，而在相應(yīng)的子求解循環(huán)(SP，Δ tmin, 2 Δ tmin, 4 Δ tmin等)中處理其他元素。為了確保在所需的最小時(shí)間步長(zhǎng)(Atmin)下處理第一元素組的FEA模型中的所有有限元，將質(zhì)量縮放應(yīng)用于第一元素組中過(guò)小或已變得過(guò)小以至于不能維持穩(wěn)定解的那些有限元。此外，可指定將一些有限元從周期性再分類中去除，例如代表汽車的金屬部件的有限元(例如，車身)。為了確?？稍诔跏挤峙涞慕M中維持這些元素的穩(wěn)定解，在時(shí)間推進(jìn)模擬的過(guò)程中無(wú)論何時(shí)需要均可應(yīng)用質(zhì)量縮放。在每個(gè)主求解循環(huán)結(jié)束時(shí)，基于它們各自的新的臨界時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)有限元進(jìn)行再分類，以確保在下一系列的子求解循環(huán)中獲得穩(wěn)定解。一旦仔細(xì)閱讀對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的以下詳細(xì)描述、連同加以考慮各附圖，本發(fā)明的目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。


結(jié)合以下描述、所附權(quán)利要求和附圖將更好地理解本發(fā)明的所有特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，所述附圖如下:圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的、闡述連同子循環(huán)和質(zhì)量縮放的組合技術(shù)使用顯式有限元分析(FEA)數(shù)值模擬產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能的示范性過(guò)程的流程圖；圖2A-2C是依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、圖形化地示出用于建立FEA模型的有限元的各個(gè)臨界時(shí)間步長(zhǎng)的示范性程序的二維示意圖；圖3A-3B是依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、示出示范性元素組和各個(gè)所需的最小時(shí)間步長(zhǎng)的不意圖；圖4是依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、不出可用在代表產(chǎn)品(例如轎車)的FEA模型中的兩個(gè)示范性有限元的示意圖；圖5是依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、示出了質(zhì)量縮放應(yīng)用于的顯式有限元分析中使用的示范性四邊形殼元素以及相應(yīng)質(zhì)量矩陣和節(jié)點(diǎn)加速度矢量的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、示出了使用顯式有限元分析的轎車碰撞的示范性時(shí)間推進(jìn)模擬結(jié)果的示意圖；以及圖7是示出了示范性計(jì)算機(jī)的突出組件的功能圖，在所述示范性計(jì)算機(jī)中可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的、闡述使用顯式有限元分析(FEA)、采用子循環(huán)和質(zhì)量縮放的組合技術(shù)數(shù)值模擬產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能的示范性過(guò)程100的流程圖。優(yōu)選地，連同其他圖理解過(guò)程100，且過(guò)程100以軟件方式實(shí)現(xiàn)。通過(guò)接收有限元分析(FEA)模型開始過(guò)程100，所述有限元分析模型在步驟102代表一產(chǎn)品或結(jié)構(gòu)(例如，汽車、飛機(jī)等XFEA模型包括定義了產(chǎn)品的、具有相關(guān)聯(lián)材料屬性的多個(gè)節(jié)點(diǎn)和多個(gè)有限元。有限元的類型可包含但不限于實(shí)體、殼、線束、構(gòu)架(truss)等(圖4示出了示范性殼元素401和示范性實(shí)體元素402)。另外也指定了該產(chǎn)品的時(shí)間推進(jìn)模擬的最小時(shí)間步長(zhǎng)(Atmin)(例如，通過(guò)用戶(即設(shè)計(jì)或幫助設(shè)計(jì)該產(chǎn)品的工程師、科學(xué)家))。例如，假設(shè)最小時(shí)間步長(zhǎng)確保時(shí)間推進(jìn)模擬可在合理時(shí)間幀內(nèi)因?qū)嶋H用途/實(shí)際關(guān)聯(lián)而實(shí)施，負(fù)責(zé)汽車設(shè)計(jì)的工程師/科學(xué)家則處于一時(shí)間約束下(例如，通宵的計(jì)算機(jī)模擬)。另外，可指定將一個(gè)或多個(gè)可選集合的有限元從周期性再分類中去除，例如代表汽車的金屬部件的有限元。為了從周期性再分類中去除這些有限元，在時(shí)間推進(jìn)模擬的過(guò)程中無(wú)論何時(shí)有必要都能應(yīng)用質(zhì)量縮放。接下來(lái)在步驟104，建立N個(gè)元素組。第一元素組與作為所需的最小時(shí)間步長(zhǎng)Atmin相關(guān)聯(lián)，而其他元素組與整數(shù)倍數(shù)的Atmin相關(guān)聯(lián)。特別地，每個(gè)元素組依照以下公式對(duì)應(yīng)于所需的最小時(shí)間步長(zhǎng):Δ ti=2i_1 Δ tmin, i=l, 2,..,N換言之，第一組與(Λ tmin)相關(guān)聯(lián)，第二組與(2 Δ tmin)相關(guān)聯(lián)，第三組與(4 Λ tmin)相關(guān)聯(lián)，第N組與(2μ Δ tmin)相關(guān)聯(lián)，如此等等。在步驟106，基于有限元的各個(gè)臨界時(shí)間步長(zhǎng)將FEA模型的有限元分類為N個(gè)元素組。N是大于I的完整數(shù)或整數(shù)。每個(gè)有限元的臨界時(shí)間步長(zhǎng)大于或等于該元素組的所需的最小時(shí)間步長(zhǎng)。為了證明如何建立每個(gè)有限元的臨界時(shí)間步長(zhǎng)，圖2B-2C示出了一示范性程序。FEA模型200包含各種大小的有限元。首先，使用Eq.4計(jì)算用于維持顯式FEA中的穩(wěn)定解的每個(gè)有限元的元素時(shí)間步長(zhǎng)。圖2A中示出的是，需要較小元素時(shí)間步長(zhǎng)的較小有限元202由“I”表示，而較大有限元204由“2”表示。接著，通過(guò)分配與每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接的所有元素最小的元素時(shí)間步長(zhǎng)來(lái)確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)臨界時(shí)間步長(zhǎng)。圖2B示出了 FEA模型200的節(jié)點(diǎn)臨界時(shí)間步長(zhǎng)，在各個(gè)節(jié)點(diǎn)處為具有“1”212和“2”214的圓圈。注意用“B”210表示的有限元，其是在兩個(gè)不同大小的邊界附近的有限元(即，兩個(gè)不同的臨界時(shí)間步長(zhǎng))。“B”或邊界有限元210包含具有不同的節(jié)點(diǎn)臨界時(shí)間步長(zhǎng)的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)應(yīng)用子循環(huán)技術(shù)時(shí)，需要在較小時(shí)間步長(zhǎng)下處理這些邊界有限元210。圖2C中示出的元素組“I” 222和元素組“2” 224是在FEA模型200上應(yīng)用子循環(huán)技術(shù)的結(jié)果。在這一實(shí)例中，元素組“I” 222中的有限元分類為第一元素組，而組“2”224中的 有限元分類為第二元素組(即N=2)。將使用Atmin處理或求解第一元素組、使用(2 Atmin)處理或求解第二元素組。在有限元已分類為N個(gè)元素組后，過(guò)程100檢查第一元素組內(nèi)的任何有限元是否需要質(zhì)量縮放。將適當(dāng)數(shù)量的質(zhì)量縮放應(yīng)用于第一元素組中視為過(guò)小以至于不能維持穩(wěn)定解的那些有限元。例如，當(dāng)元素的臨界時(shí)間步長(zhǎng)(Atra)小于所需的最小時(shí)間步長(zhǎng)(Atmin)時(shí)，可使用(Atmin-Atra)的差和以下的Eq.6計(jì)算增大的適當(dāng)數(shù)量的質(zhì)量密度。注意的是，質(zhì)量縮放僅應(yīng)用于第一元素組。接下來(lái)在步驟110，連同子循環(huán)和質(zhì)量縮放的組合技術(shù)、使用顯式FEA實(shí)施FEA模型所代表的產(chǎn)品的時(shí)間推進(jìn)模擬。在每個(gè)主求解循環(huán)內(nèi)，時(shí)間推進(jìn)模擬包含多個(gè)主求解循環(huán)和多個(gè)子求解循環(huán)。每個(gè)主求解循環(huán)包含一個(gè)或多個(gè)子求解循環(huán)。主求解循環(huán)與QHAtmin)相關(guān)聯(lián)，而子求解循環(huán)與較小倍數(shù)的Atmin相關(guān)聯(lián)。在這些求解循環(huán)中獲得模擬產(chǎn)品響應(yīng)。在預(yù)設(shè)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)(例如，每個(gè)求解循環(huán)、一個(gè)主求解循環(huán))，過(guò)程100首先將質(zhì)量縮放應(yīng)用于指定從周期性再分類中去除的那些有限元，以確?？稍诔跏挤峙涞慕M內(nèi)維持穩(wěn)定解。接著在步驟112，過(guò)程100基于所有有限元各自的新臨界時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)所有有限元進(jìn)行再分類。在第一元素組中，適當(dāng)數(shù)量的質(zhì)量縮放應(yīng)用于已變得過(guò)小以至于不能維持穩(wěn)定解的那些有限元。人工增大視為過(guò)小的任何元素的質(zhì)量密度，以確保元素臨界時(shí)間步長(zhǎng)至少等于Δ^η。最后，當(dāng)在決定114處達(dá)到結(jié)束條件時(shí)則結(jié)束過(guò)程100，例如，模擬時(shí)間已經(jīng)超出預(yù)設(shè)總模擬時(shí)間(例如，用戶指定的總模擬時(shí)間)。否則，過(guò)程100移回步驟110，并重復(fù)直至決定114變?yōu)檎?“是”)。在將有限元分類為各個(gè)不同元素組的更通常的表述中，圖3Α示出了依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、用于元素組管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。有限元303a的分類導(dǎo)致了 N個(gè)元素組301，其中N是大于I的完整數(shù)或整數(shù)。每個(gè)元素組301包含一列表的有限元303a。例如，第一組包含有限元310a_e，第二組包含元素320a_b，第三組包含元素330a_d，且第N組包含元素350a-m。各個(gè)元素組301需要的最小時(shí)間步長(zhǎng)302是彼此的整數(shù)倍數(shù)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一組需要最小時(shí)間步長(zhǎng)Λ h，第二元素組需要最小時(shí)間步長(zhǎng)2 Δ h，第三元素組需要4 Λ t1;且第N個(gè)元素組需要2^4^。當(dāng)使用子循環(huán)和質(zhì)量縮放的組合技術(shù)時(shí)，在時(shí)間推進(jìn)模擬的過(guò)程中對(duì)有限元進(jìn)行周期性再分類。在圖3B所示的再分類之后，有限元303b可與不同元素組301相關(guān)聯(lián)。許多不同類型的有限元可用于FEA模型，例如，圖4中示出的4_節(jié)點(diǎn)四邊形殼元素401和8-節(jié)點(diǎn)實(shí)體元素402。現(xiàn)在參考圖5，其示出了質(zhì)量縮放技術(shù)。在顯式有限元分析中，系統(tǒng)(例如，結(jié)構(gòu))的運(yùn)動(dòng)方程列示如下:a = IVT1 (fext_fint) (Eq.1)其中a是代表節(jié)點(diǎn)加速度的未知加速度矢量，M是非對(duì)角項(xiàng)(off-diagonalterm)中具有零的集中(lumped)對(duì)角矩陣，f；xt和fint分別是外作用力和內(nèi)節(jié)點(diǎn)力。力項(xiàng)fMt-fint被稱作為殘余力，其包含但不限于作用力、接觸力、內(nèi)應(yīng)力。由于M僅具有對(duì)角項(xiàng)，M—1的計(jì)算可以簡(jiǎn)單地按照除法、而不是代價(jià)高的矩陣求逆來(lái)執(zhí)行。圖5示出了一示范性的4-節(jié)點(diǎn)殼元素500的對(duì)角質(zhì)量矩陣501和相應(yīng)的加速度矢量520。在這一示范性質(zhì)量矩陣510中，四個(gè)節(jié)點(diǎn)的每個(gè)具有由對(duì)角項(xiàng)m。代表的相同數(shù)量的質(zhì)量(例如，集中節(jié)點(diǎn)質(zhì)量501、502、503或504)。所 有的非對(duì)角項(xiàng)506為零。加速度矢量520包含在每個(gè)節(jié)點(diǎn)處(S卩，ai521、a2522、as523和a4524)的加速度。采用對(duì)角項(xiàng)乘以相應(yīng)加速度來(lái)計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)的慣性力，其如下所示:
權(quán)利要求
1.一種使用顯式有限元分析(FEA)、采用子循環(huán)和質(zhì)量縮放的組合技術(shù)數(shù)值模擬產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能的方法，其特征在于，所述方法包括: 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中接收FEA模型和最小時(shí)間步長(zhǎng)(△ tmin)，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有安裝其上的顯式FEA應(yīng)用模塊，所述FEA模型代表由具有相關(guān)聯(lián)材料屬性的多個(gè)節(jié)點(diǎn)和多個(gè)有限元定義的產(chǎn)品，所述最小時(shí)間步長(zhǎng)用于所述產(chǎn)品的時(shí)間推進(jìn)模擬； 建立N個(gè)元素組，其中第一元素組與所述最小時(shí)間步長(zhǎng)相關(guān)聯(lián)，剩余的所述N個(gè)元素組與整數(shù)倍數(shù)的所述最小時(shí)間步長(zhǎng)相關(guān)聯(lián)，其中N是大于I的完整數(shù)； 基于所述有限元的各個(gè)臨界時(shí)間步長(zhǎng)將所述有限元分類為所述N個(gè)元素組； 將適當(dāng)數(shù)量的質(zhì)量縮放應(yīng)用于在所述第一元素組中過(guò)小以至于不能維持穩(wěn)定解的那些有限元；以及 通過(guò)使用FEA模型、采用在所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行的顯式FEA應(yīng)用模塊實(shí)施時(shí)間推進(jìn)模擬，在許多主求解循環(huán)和每個(gè)主求解循環(huán)的一個(gè)或多個(gè)子求解循環(huán)中獲得模擬結(jié)構(gòu)性能；所述顯式FEA應(yīng)用模塊基于所述有限元的各個(gè)新的元素臨界時(shí)間步長(zhǎng)、通過(guò)所述有限元的周期性再分類應(yīng)用子循環(huán)和質(zhì)量縮放的組合技術(shù)，以及所述顯式FEA應(yīng)用模塊將適當(dāng)數(shù)量的質(zhì)量縮放應(yīng)用于在所述第一元素組中已變得過(guò)小以至于不能維持穩(wěn)定解的那些有限元。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括指定將所述有限元的一個(gè)或多個(gè)從所述周期性再分類中去除。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述每個(gè)主求解循環(huán)的所述周期性再分類之前，所述方法還包括無(wú)論何時(shí)有必要都將質(zhì)量縮放應(yīng)用于指定從所述周期性再分類中去除的所述有限元的一個(gè)或多個(gè)上。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，基于公式ΛL=Z1-1Atmin計(jì)算所述整數(shù)倍數(shù)的最小時(shí)間步長(zhǎng)，其中i=l，2，...，N。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括基于所述每個(gè)有限元的屬性計(jì)算每個(gè)有限元的元素時(shí)間步長(zhǎng)；通過(guò)分配與所述每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接的那些有限元的最小的元素時(shí)間步長(zhǎng)建立每個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)臨界時(shí)間步長(zhǎng)；以及將所述有限元的節(jié)點(diǎn)的最小的節(jié)點(diǎn)臨界時(shí)間步長(zhǎng)指定為所述每個(gè)有限元的臨界時(shí)間步長(zhǎng)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述組合技術(shù)還包括在那些有限元的所述每個(gè)主求解循環(huán)結(jié)束時(shí)使獲得的模擬結(jié)構(gòu)性能同步，所述那些有限元在所述子求解循環(huán)中需要求解。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)結(jié)束條件時(shí)結(jié)束所述時(shí)間推進(jìn)模擬。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)結(jié)束條件包括用戶指定的總模擬時(shí)間。
9.一種使用顯式有限元分析(FEA)、采用子循環(huán)和質(zhì)量縮放的組合技術(shù)數(shù)值模擬產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 主存儲(chǔ)器，用于為顯式有限元分析(FEA)應(yīng)用模塊存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可讀代碼； 與所述主存儲(chǔ)器連接的至少一個(gè)處理器，所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行所述主存儲(chǔ)器中的計(jì)算機(jī)可讀代碼，以使得所述顯式FEA應(yīng)用模塊通過(guò)以下方法執(zhí)行各操作:接收FEA模型和最小時(shí)間步長(zhǎng)(△ tmin)，所述FEA模型代表由具有相關(guān)聯(lián)材料屬性的多個(gè)節(jié)點(diǎn)和多個(gè)有限元定義的產(chǎn)品，所述最小時(shí)間步長(zhǎng)用于所述產(chǎn)品的時(shí)間推進(jìn)模擬； 建立N個(gè)元素組，其中第一元素組與所述最小時(shí)間步長(zhǎng)相關(guān)聯(lián)，剩余的所述N個(gè)元素組與整數(shù)倍數(shù)的所述最小時(shí)間步長(zhǎng)相關(guān)聯(lián)，其中N是大于I的完整數(shù)； 基于所述有限元的各個(gè)臨界時(shí)間步長(zhǎng)將所述有限元分類為所述N個(gè)元素組； 將適當(dāng)數(shù)量的質(zhì)量縮放應(yīng)用于在所述第一元素組中過(guò)小以至于不能維持穩(wěn)定解的那些有限元；以及 通過(guò)使用FEA模型、采用在所述系統(tǒng)中執(zhí)行的顯式FEA應(yīng)用模塊實(shí)施時(shí)間推進(jìn)模擬，在許多主求解循環(huán)和每個(gè)主求解循環(huán)的一個(gè)或多個(gè)子求解循環(huán)中獲得模擬結(jié)構(gòu)性能；所述顯式FEA應(yīng)用模塊基于所述有限元的各個(gè)新的元素臨界時(shí)間步長(zhǎng)、通過(guò)所述有限元的周期性再分類應(yīng)用子循環(huán)和質(zhì)量縮放的組合技術(shù)，以及所述顯式FEA應(yīng)用模塊將適當(dāng)數(shù)量的質(zhì)量縮放應(yīng)用于在所述第一元素組中已變得過(guò)小以至于不能維持穩(wěn)定解的那些有限元。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括指定將所述有限元的一個(gè)或多個(gè)從所述周期性再分類中去除。
11.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括在所述每個(gè)主求解循環(huán)的所述周期性再分類之前，無(wú)論何時(shí)有必要都將質(zhì)量縮放應(yīng)用于指定從所述周期性再分類中去除的所述有限元的一個(gè)或多個(gè)上。
12.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，基于公式Ati=ZHAtmin計(jì)算所述整數(shù)倍數(shù)的最小時(shí)間步長(zhǎng)，其中i=l，2，...，N。
13.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括基于所述每個(gè)有限元的屬性計(jì)算每個(gè)有限元的元素時(shí)間步長(zhǎng)； 通過(guò)分配與所述每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接的那些有限元的最小的元素時(shí)間步長(zhǎng)建立每個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)臨界時(shí)間步長(zhǎng)；以及將所述有限元的節(jié)點(diǎn)的最小的節(jié)點(diǎn)臨界時(shí)間步長(zhǎng)指定為所述每個(gè)有限元的臨界時(shí)間步長(zhǎng)。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述組合技術(shù)還包括在那些有限元的所述每個(gè)主求解循環(huán)結(jié)束時(shí)使獲得的模擬結(jié)構(gòu)性能同步，所述那些有限元在所述子求解循環(huán)中需要求解。
全文摘要
本發(fā)明公開了使用顯式FEA、采用子循環(huán)和質(zhì)量縮放的組合技術(shù)數(shù)值模擬產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能的方法和系統(tǒng)。指定代表一產(chǎn)品的FEA模型、以及指定用于該產(chǎn)品的時(shí)間推進(jìn)模擬的最小時(shí)間步長(zhǎng)(Δtmin)。建立N個(gè)元素組，其中第一元素組與作為所需的最小時(shí)間步長(zhǎng)的Δtmin相關(guān)聯(lián)，而其他元素組根據(jù)公式Δti=2i-1Δtmin，n=1,2，...,N與整數(shù)倍數(shù)的Δtmin相關(guān)聯(lián)?；谟邢拊鱾€(gè)新的Δtcr將有限元周期性再分類為N個(gè)元素組。為了確保在用戶指定的最小時(shí)間步長(zhǎng)下處理FEA模型中的所有有限元，將適當(dāng)數(shù)量的質(zhì)量縮放應(yīng)用于在第一元素組中已經(jīng)變得過(guò)小以至于不能維持穩(wěn)定解的那些有限元。
文檔編號(hào)G06F17/50GK103207926SQ20121042290
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者約翰·奧·哈爾奎斯特 申請(qǐng)人:利弗莫爾軟件技術(shù)公司