[发明专利]一种一体化快速产品迭代成形装置及其方法

说明书

本发明公开一体化快速产品迭代成形装置及其方法。所述装置结构包含设计平台、仿真分析模块、数据处理模块、节点管理模块。结构设计平台用于机械结构的建模设计。仿真分析模块采用边界元算法直接用面单元离散网格数据进行数值分析计算，建模过程中的几何模型利用边界面离散网格单元算法得到单元数据，通过接口函数传递给边界单元数值算法计算。数据处理模块针对所述仿真分析模块的计算前处理的网格单元数据与载荷数据，并针对计算后处理的结果数据、用户交互数据以及多阶段仿真分析的数据集进行数据处理而给出数据管理结构。节点管理模块针对机械结构设计建模过程的不同成熟度下的仿真分析和结构设计的管理。本发明还公开应用所述装置的方法。

技术领域

本发明涉及一种一体化快速产品迭代成形装置及其方法，尤其涉及一种多级成熟度下机械结构一体化快速产品迭代成形装置、及所述装置的一体化快速产品迭代成形方法。

背景技术

随着计算机的飞速发展，个人计算机的数据处理计算能力不断提升，使得数字化设计、分析技术得以实现并不断增强。利用计算机进行产品开发的数字化技术已经成为机械制造业发展的重要推动力，计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)以及计算机辅助工程(Computer Aided Engineering，CAE)是由此而发展起来的数字化技术的两个重要应用方向，并且随着计算机硬件的发展，各自的功能性、操作性和扩展性也不断丰富和提升，成为现今制造业不可或缺的重要技术。由于计算机辅助设计(CAD)的模型是利用边界(B-Rep)或构造实体几何(CSG)等方式精确表达，而计算机辅助工程(CAE)大多是利用离散的网格单元近似表达模型，通过有限单元法(FEA)分析计算。这种不同平台数据格式的不兼容导致CAD软件设计模型导入CAE软件进行分析计算前，需要进行大量的前处理操作，比如：小特征移除、模型裂缝处理、特征简化、模型转换等。之后需要在CAE平台上进行三维网格单元生成以及数值分析计算过程。得到分析结果后依照设计要求更改产品结构，成形过程需要不断在结构设计和仿真分析中迭代进行。

目前，主流的CAD结构设计软件包括AutoCAD、PTC Creo、SpaceClaim、Solidwork等，均具有强大的三维模型构建能力；主流的CAE平台软件基本基于有限单元方法，包括Ansys、Abqus、Hyperworks等，均可以对模型获得可靠的数值分析计算结果。然而，有限单元法通常采用三维体网格单元拟合得到分析模型，导致几何与分析模型表达不统一，用户在数值分析前需要模型转换及繁琐前处理交互以得到较高精度计算结果；此外，由于有限单元法计算的体网格单元对于细小特征的拟合性不够，在对模型网格单元离散之前需要进行小特征移除、特征修复等复杂操作。这些复杂的交互操作使得机械产品成形迭代过程中非有效工作时间占据了全部工作时间的40％～80％，工作效率受到了很大影响。

为了提高实际工程模型设计效率，避免各自独立发展导致二者协作工作时出现问题，许多学者对CAD/CAE集成化操作进行了深入研究，集成化通常有四种方式：对象链接技术(Object-Linking Technology)，特殊接口法(Special Interface Method)，中间文件转换法(Neutral File Translation)，以及等几何方法(Isogeometric Analysis Method)等。

集成化通常有四种方式：对象链接技术(Object-Linking Technology)，特殊接口法(Special Interface Method)，中间文件转换法(Neutral File Translation)，以及等几何方法(Isogeometric Analysis Method)等。

第1种，对象链接技术通过要求其他软件的授权，使得在本地软件可以直接调用分析软件的对应接口来达到初步级别的CAD/CAE集成化。这种集成方式仅仅简单的在建模软件中添加FEA分析设计交互界面，链接授权的分析模块，将原本显式导入导出过程变为同一平台内隐式数据传输，并没有从根本上解决CAD/CAE数据不兼容，迭代设计自动化程度过低等问题。