[发明专利]面向稳态热分析的零件模型自动简化及评价方法

说明书

技术领域

面向稳态热分析的零件模型自动简化及评价方法属于有限元仿真领域，特别 涉及通过对零件模型的自动简化，以辅助实现计算机辅助设计模型到有限元模型 的自动转化。

背景技术

稳态热分析是有限元分析中应用比较广泛的领域之一，然而计算机辅助设计 软件建造的模型往往包含很多细节，这些细节会大大地增加有限元仿真的计算时 间，同时这些特征在求解稳态热分析问题中对计算结果的影响较小。因此在进行 有限元分析之前，需要对零件模型进行简化。这其中存在两个关键的问题：一是 如何实现模型的自动简化，二是对简化方案的评价，即如何估计简化方案对计算 误差及计算时间的影响。

目前比较常见的零件模型简化方式可以分为两大类，一是对网格模型进行简 化，一是对计算机辅助设计模型(CAD)进行简化。

前者是对计算机辅助设计的零件模型进行网格划分，获得网格模型之后，对 网格模型采取一系列方法进行简化，如面聚类、边抽取法等；但是这种方法存在 一些不足：首先，如果零件模型本身比较复杂，就很难生成有效地网格模型；其 次是对网格模型简化之后会破坏网格模型和计算机辅助设计(CAD)模型之间的 对应关系，丢失语义信息。

后者则是直接对计算机辅助设计软件建立的零件模型进行简化，其中最常见 的为基于特征的模型简化方法。如针对对称的零件模型采取对称性简化；对于过 渡特征、孔、槽等细小特征采取特征删除；而对某一具体的领域则可以采用特征 降维；同时针对零件模型中的一些高曲率的特征采取特征替换，以低曲率特征代 替原有高曲率特征。

虽然目前关于零件模型简化的研究很多，但多是依赖于分析者的经验，缺少 对简化方案的客观评价。

刊登在会议论文集《International CAD conference and exhibition》2004 年卷603-612页的学术论文《Multi-resolution modeling for feature-based solid models using the effective volumes of features》以特征的有效体积大小进行排序得 到零件模型的LOD值。该方法以特征体积大小为基准，把特征的体积大小作为评 价零件模型中特征对简化的敏感性的唯一要素。但是，在有限元计算领域中，采 用这种方法来确定零件模型简化程度级别将存在两个方面的不足：一是由于首先 需要根据零件模型中特征对计算结果的影响进行排序，那么就需要有衡量零件模 型中特征简化后对有限元计算结果的客观方法，但是在LOD标准中，并没有这种 方法，而是根据主观认识认为体积越大的特征对计算结果影响越大；另一是在有 限元领域中特征体积的大小明显不是唯一决定零件模型简化程度的要素，例如处 理体积相同但到载荷面距离不同的特征对有限元计算结果的影响是不同的，从而 可知除特征体积外，必有其它因素也会影响特征处理前后的有限元计算结果。合 肥工业大学2008届硕士学位论文《基于误差分析和特征替换的模型态生成方法 研究》首次提出了以特征简化后网格直径改变量，以及对网格剖分产生影响的区 域测度及区域内场函数的变化等三个要素决定的模型误差层次来衡量模型简化 对有限元计算结果的影响。

本发明在文献《基于误差分析和特征替换的模型态生成方法研究》的基础上 对上述三个要素实现量化，并综合考虑时间因素，完成对模型简化的评价。

发明内容

本发明的目的在于为应用于稳态热分析的工业零件提供一种自动简化的方 法，并为简化方案提供误差估计，实现对简化模型的评价。

本发明的特点是按以下步骤进行：

(1)输入SAT格式的零件模型文件，其中存储着应用于稳态热分析领域中的 零件模型的数据集合，该零件模型以边界表示法表示零件的三维几何结构，记为 模型M＝(FACE，EDGE，VERTEX，R)，其中FACE表示零件模型中面的集合， EDGE为边的集合，VERTEX为顶点的集合，R表示模型中个元素之间的邻接关 系；

∀face∈FACE,]]>记录着面的类别：平面、圆柱面、圆环面、球面、样条面，以 及面的曲面方程；