本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計領(lǐng)域，特別涉及一種基于CATIA數(shù)模的實時優(yōu)化設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代飛機在結(jié)構(gòu)設(shè)計中為實現(xiàn)輕質(zhì)高效長壽命設(shè)計目標，在重要傳力接頭等承力構(gòu)件設(shè)計時，常采用整體鍛件或精密鑄件的形式，其受力形式復(fù)雜，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜。

針對這種復(fù)雜承力零件，傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計分析方法一般是將重量最輕作為優(yōu)化目標，應(yīng)力或變形等設(shè)置為約束，采用有限元優(yōu)化計算仿真分析軟件進行優(yōu)化分析。一般優(yōu)化出的結(jié)果受到結(jié)構(gòu)布局、工藝等方面的限制不能直接應(yīng)用，需進行局部更改，而更改后的結(jié)構(gòu)細節(jié)應(yīng)力水平無法在優(yōu)化計算仿真分析模型中實時體現(xiàn)，需建立細節(jié)有限元模型進行計算分析。

目前，飛機產(chǎn)品數(shù)模建模大都采用CATIA三維繪圖軟件，一般都是將CATIA中零件的幾何三維數(shù)模導(dǎo)入有限元計算分析軟件的前處理分析模塊中，但是，結(jié)構(gòu)數(shù)模的更改無法實時的體現(xiàn)在有限元細節(jié)模型中，有限元模型無法自動更新。而復(fù)雜整體承力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案及邊界條件等更改非常頻繁，每次更改都需再次導(dǎo)入幾何，重新劃分網(wǎng)格，重新建立有限元細節(jié)模型進行計算分析，重復(fù)工作較多且耗費時間，無法及時有效的響應(yīng)結(jié)構(gòu)細節(jié)更改帶來的應(yīng)力水平的變化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供了一種基于CATIA數(shù)模的實時優(yōu)化設(shè)計分析方法，解決整體復(fù)雜零件的實時細節(jié)優(yōu)化設(shè)計問題，以實現(xiàn)與結(jié)構(gòu)細節(jié)設(shè)計同步的強度優(yōu)化設(shè)計，提高飛機結(jié)構(gòu)強度設(shè)計的時效性和精準化程度。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于CATIA數(shù)模的實時優(yōu)化設(shè)計分析方法，包括如下步驟：

步驟一、建立預(yù)分析對象的過渡段幾何模型；

步驟二、建立伴隨細節(jié)有限元模型；

步驟三、根據(jù)所述預(yù)分析對象的受力特點和承受的載荷，在所述伴隨細節(jié)有限元模型上施加邊界條件和載荷工況；

步驟四、對所述伴隨細節(jié)有限元模型進行計算分析；

步驟五、根據(jù)計算分析得到的應(yīng)力水平結(jié)果，更改不滿足要求的所述伴隨細節(jié)有限元模型中的局部細節(jié)三維數(shù)模，從而得到更新后的伴隨細節(jié)有限元模型，再進行有限元計算分析；

步驟六、重復(fù)步驟五，直至所有結(jié)構(gòu)細節(jié)滿足設(shè)計要求。

優(yōu)選地，在所步驟二中，是利用利用CATIA數(shù)模的Advanced Meshing Tools模塊建立所述伴隨細節(jié)有限元模型。

優(yōu)選地，在所步驟二中包括：

針對預(yù)分析對象和所述過渡段幾何模型劃分有限元網(wǎng)格，根據(jù)不同材料的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)幾何拓撲關(guān)系選取對應(yīng)的單元、填寫對應(yīng)的材料屬性、建立對應(yīng)的單元特性。

優(yōu)選地，在所步驟三中，所述邊界條件包括：

過渡段末端框采用對稱約束；

對稱面采用反對稱約束。

優(yōu)選地，在所步驟四中，是利用CATIA數(shù)模的Generative Structural Analysis for designers模塊進行有限元計算分析。

發(fā)明效果：

本發(fā)明的基于CATIA數(shù)模的實時優(yōu)化設(shè)計分析方法，能夠與結(jié)構(gòu)三維幾何數(shù)模關(guān)聯(lián)，在每個復(fù)雜整體承力構(gòu)件的三維數(shù)模下建立有限元分析伴隨模型，當零件局部設(shè)計更改后，有限元劃分網(wǎng)格節(jié)點自動對應(yīng)，模型可以快速有效的自動更新，可以實時得到結(jié)構(gòu)布局或參數(shù)更改后的應(yīng)力水平變化情況，實現(xiàn)與結(jié)構(gòu)細節(jié)設(shè)計同步的強度優(yōu)化設(shè)計，解決以往型號方案設(shè)計階段疲勞關(guān)鍵部位細節(jié)模型無法與結(jié)構(gòu)數(shù)模關(guān)聯(lián)的難題，提高飛機結(jié)構(gòu)強度設(shè)計分析的時效性和精準化程度。

附圖說明

圖1在本發(fā)明基于CATIA數(shù)模的實時優(yōu)化設(shè)計分析方法的流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。

下面結(jié)合附圖1對本發(fā)明基于CATIA數(shù)模的實時優(yōu)化設(shè)計分析方法做進一步詳細說明。

本發(fā)明提供了一種基于CATIA數(shù)模的實時優(yōu)化設(shè)計分析方法，下面通過對一個整體精密鑄件零件(即預(yù)分析對象)CATIA數(shù)模進行細節(jié)優(yōu)化的實例，對本方法做進一步詳細的描述；具體優(yōu)化設(shè)計分析方法包括如下步驟：

S101、在CATIA數(shù)模中該整體精密鑄件三維數(shù)模產(chǎn)品樹下，根據(jù)關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)布局及其傳力特點，建立有限元計算分析所需的過渡段二維幾何模型：包括框、蒙皮、長桁和壁板。

S102、利用CATIA數(shù)模的Advanced Meshing Tools模塊，建立伴隨細節(jié)有限元模型：整體精密鑄件采用體元；過渡段中框腹板采用板元，框緣條采用桿元，蒙皮和壁板采用板元，長桁采用桿元；填寫相應(yīng)的材料屬性見下表；

S103、根據(jù)整體精密鑄件受力特點，施加集中載荷，具體見下表；

其中，在伴隨細節(jié)有限元模型上施加邊界條件：過渡段末端框采用對稱約束，對稱面采用反對稱約束。

S104、利用CATIA數(shù)模的Generative Structural Analysis for designers模塊，提交有限元模型進行計算分析。

S105、根據(jù)計算分析得到的應(yīng)力水平結(jié)果，對于應(yīng)力水平大于或等于600MPa的局部結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，更新伴隨細節(jié)有限元模型后，更新有限元計算分析結(jié)果，對不滿足要求的局部結(jié)構(gòu)細節(jié)再進行優(yōu)化，再提交計算分析；

S106、反復(fù)迭代直至所有結(jié)構(gòu)細節(jié)均滿足應(yīng)力水平小于600MPa的設(shè)計要求。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護范圍為準。