本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

隨著技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)需求的提升，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在產(chǎn)品的整個(gè)研發(fā)周期中占有很大比重，特別是在航空航天、武器裝備和汽車行業(yè)中更為突出，其主要目的是完成減輕結(jié)構(gòu)重量，控制生產(chǎn)成本，降低應(yīng)力水平，改進(jìn)結(jié)構(gòu)性能和提高安全壽命等工作。

傳統(tǒng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化方法是基于有限元模型，通過(guò)殼單元模型或體單元模型進(jìn)行尺寸優(yōu)化，其存在如下缺陷：

殼單元模型的優(yōu)化方法一般用于優(yōu)化結(jié)構(gòu)件的板厚，優(yōu)化變量單一，優(yōu)化范圍有限；且殼單元運(yùn)用范圍有限，只適用于很少一部分結(jié)構(gòu)件。

體單元模型的優(yōu)化方法通過(guò)網(wǎng)格變形工具建立形狀變量，對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行變形處理后，易導(dǎo)致網(wǎng)格質(zhì)量較差，所以優(yōu)化范圍有限，且網(wǎng)格質(zhì)量差，容易造成計(jì)算不收斂。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種高效、快速、自動(dòng)化的直接驅(qū)動(dòng)cad模型改變的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化方法，其能夠滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等使用性能。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化方法，該方法包括：

第一步，三維模型參數(shù)化；

基于三維設(shè)計(jì)軟件catia，根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的使用性能要求，整理并分析三維模型，確定結(jié)構(gòu)的優(yōu)化變量參數(shù)，并對(duì)每個(gè)參數(shù)分別命名，設(shè)定各個(gè)優(yōu)化參數(shù)的變動(dòng)范圍，確保生成新模型的合理性，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)三維模型的參數(shù)化功能，導(dǎo)出設(shè)計(jì)參數(shù)文件作為優(yōu)化平臺(tái)輸入的模板文件；

第二步，有限元模型自動(dòng)化；

將三維模型導(dǎo)入有限元軟件hypermesh，自動(dòng)劃分網(wǎng)格，對(duì)應(yīng)力關(guān)注區(qū)網(wǎng)格重新編號(hào)，添加優(yōu)化約束條件，自動(dòng)生成計(jì)算輸入文件，調(diào)用abaqus計(jì)算求解，生成分析結(jié)果文件；

第三步，優(yōu)化平臺(tái)集成化；

優(yōu)化平臺(tái)hyperstudy集成catia軟件和hypermesh軟件，驅(qū)動(dòng)catia改變優(yōu)化變量并生成新幾何模型，啟動(dòng)hypermesh自動(dòng)導(dǎo)入新幾何模型并求解計(jì)算，生成結(jié)果文件；優(yōu)化平臺(tái)提取結(jié)果文件關(guān)鍵信息，在滿足各項(xiàng)約束條件的前提下，選擇合理優(yōu)化算法，經(jīng)過(guò)多次迭代計(jì)算，達(dá)到最優(yōu)優(yōu)化目標(biāo)。

進(jìn)一步地，上述方法中，所述優(yōu)化平臺(tái)集成步驟如下：

1)自動(dòng)更新三維模型；

2)自動(dòng)建立有限元模型；

3)分析結(jié)果文件，判斷目標(biāo)是否優(yōu)化；

4)如是，則獲得最優(yōu)目標(biāo)，如否，則驅(qū)動(dòng)參數(shù)改變執(zhí)行更新三維模型的步驟。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化方法，包括三維模型參數(shù)化；有限元模型自動(dòng)化；優(yōu)化平臺(tái)集成化。本發(fā)明基于cad、cae和優(yōu)化軟件，建立相關(guān)數(shù)據(jù)連接，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品尺寸優(yōu)化的參數(shù)化、自動(dòng)化和集成化。本發(fā)明整合優(yōu)化流程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化建模、分析和優(yōu)化，考慮非線性問(wèn)題，提高了優(yōu)化質(zhì)量和工作效率，縮短了研發(fā)周期。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)要介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的一種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化方法流程圖；

圖2為本發(fā)明提供的一種擋塊優(yōu)化變量主視圖

圖3為本發(fā)明提供的一種擋塊優(yōu)化變量側(cè)視圖；

圖4為本發(fā)明提供的一種擋塊優(yōu)化變量俯視圖；

圖5為本發(fā)明提供的一種擋塊優(yōu)化變量軸測(cè)圖；

圖6為本發(fā)明提供的一種優(yōu)化平臺(tái)集成流程圖；

圖7為本發(fā)明提供的一種優(yōu)化前后擋塊結(jié)構(gòu)對(duì)比圖；

圖8為本發(fā)明提供的一種優(yōu)化前后擋塊參數(shù)對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部份實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

下面結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例公開了一種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化方法，該方法包括：

步驟s101，三維模型參數(shù)化；

基于三維設(shè)計(jì)軟件catia，根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的使用性能要求，整理并分析三維模型，確定結(jié)構(gòu)的優(yōu)化變量參數(shù)，并對(duì)每個(gè)參數(shù)分別命名，設(shè)定各個(gè)優(yōu)化參數(shù)的變動(dòng)范圍，確保生成新模型的合理性，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)三維模型的參數(shù)化功能，導(dǎo)出設(shè)計(jì)參數(shù)文件作為優(yōu)化平臺(tái)輸入的模板文件；

步驟s102，有限元模型自動(dòng)化；

將三維模型導(dǎo)入有限元軟件hypermesh，自動(dòng)劃分網(wǎng)格，對(duì)應(yīng)力關(guān)注區(qū)網(wǎng)格重新編號(hào)，添加優(yōu)化約束條件，自動(dòng)生成計(jì)算輸入文件，調(diào)用abaqus計(jì)算求解，生成分析結(jié)果文件；

步驟s103，優(yōu)化平臺(tái)集成化；

優(yōu)化平臺(tái)hyperstudy集成catia軟件和hypermesh軟件，驅(qū)動(dòng)catia改變優(yōu)化變量并生成新幾何模型，啟動(dòng)hypermesh自動(dòng)導(dǎo)入新幾何模型并求解計(jì)算，生成結(jié)果文件；優(yōu)化平臺(tái)提取結(jié)果文件關(guān)鍵信息，在滿足各項(xiàng)約束條件的前提下，選擇合理優(yōu)化算法，經(jīng)過(guò)多次迭代計(jì)算，達(dá)到最優(yōu)優(yōu)化目標(biāo)。

本發(fā)明catia是cad/cae/cam一體化軟件，其提供了變量驅(qū)動(dòng)及后參數(shù)化能力。由于catia的各個(gè)模塊基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，因此catia的各個(gè)模塊存在著真正的全相關(guān)性，三維模型的修改，能完全體現(xiàn)在二維，以及有限元分析，模具和數(shù)控加工的程序中。

本發(fā)明實(shí)施例基于三維設(shè)計(jì)軟件catia，根據(jù)結(jié)構(gòu)的使用性能要求，整理并分析三維模型，確定結(jié)構(gòu)的優(yōu)化變量參數(shù)，對(duì)每個(gè)參數(shù)分別命名r、t、l1、l2，優(yōu)化變量如圖2至圖5所示，設(shè)定各個(gè)優(yōu)化參數(shù)的變動(dòng)范圍，確保生成新模型的合理性。

本發(fā)明使用有限元軟件hypermesh，具有強(qiáng)大的有限元網(wǎng)格劃分前處理功能和后處理功能。本發(fā)明直接輸入cad幾何模型及有限元模型，減少用于建模的重復(fù)工作和費(fèi)用。一般來(lái)說(shuō)，cae分析工程師80％的時(shí)間都花費(fèi)在了有限元模型的建立，修改和網(wǎng)格劃分上，而真正的分析求解時(shí)間是消耗在計(jì)算機(jī)工組站上，所以采用一個(gè)功能強(qiáng)大，使用方便靈活，并能夠與眾多cad系統(tǒng)和有限元求解器進(jìn)行方便的數(shù)據(jù)交換的有限元前后處理工具，對(duì)于提高有限元分析工作的質(zhì)量和效率具有十分重要的意義。

本發(fā)明實(shí)施例應(yīng)用的hypermesh具有很高的有限元網(wǎng)格劃分和處理效率，其高速度、高質(zhì)量的自動(dòng)網(wǎng)格劃分極大地簡(jiǎn)化了復(fù)雜幾何的有限元建模過(guò)程。

本發(fā)明優(yōu)化平臺(tái)hyperstudy集成catia軟件和hypermesh軟件，以驅(qū)動(dòng)catia改變優(yōu)化變量并生成新幾何模型，啟動(dòng)hypermesh自動(dòng)導(dǎo)入新幾何模型并求解計(jì)算，生成結(jié)果文件。

如圖6所示，進(jìn)一步地，所述優(yōu)化平臺(tái)集成步驟如下：

步驟s601，自動(dòng)更新三維模型；

步驟s602，自動(dòng)建立有限元模型；

步驟s603，分析結(jié)果文件，判斷目標(biāo)是否優(yōu)化；

步驟s604，如是，則獲得最優(yōu)目標(biāo)，如否，則驅(qū)動(dòng)參數(shù)改變執(zhí)行更新三維模型的步驟。

本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)化平臺(tái)提取結(jié)果文件關(guān)鍵信息，在滿足各項(xiàng)約束條件的前提下，選擇合理優(yōu)化算法，經(jīng)過(guò)多次迭代計(jì)算，達(dá)到最優(yōu)優(yōu)化目標(biāo)。如圖7和圖8所示為優(yōu)化前后擋塊結(jié)構(gòu)對(duì)比圖以及參數(shù)對(duì)比圖。本發(fā)明hyperstudy的優(yōu)化功能提高了分析模型與測(cè)試結(jié)果的相關(guān)性，減少了開發(fā)時(shí)間和成本。

綜上，本發(fā)明實(shí)施例基于cad、cae和優(yōu)化軟件，建立相關(guān)數(shù)據(jù)連接，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品尺寸優(yōu)化的參數(shù)化、自動(dòng)化和集成化。本發(fā)明在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等使用性能的條件下，提供了一種高效、快速、自動(dòng)化的直接驅(qū)動(dòng)cad模型改變的結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明整合優(yōu)化流程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化建模、分析和優(yōu)化，考慮非線性問(wèn)題，提高了優(yōu)化質(zhì)量和工作效率，縮短了研發(fā)周期。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例做出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。