[发明专利]一种面向运载火箭的流固耦合仿真几何模型简化方法

说明书

一种面向运载火箭的流固耦合仿真几何模型简化方法，步骤为：1)检索装配中所有零部件，剔除外形不合格的部件；2)任选其中一片体为中心，检索周围的片体，并与之结合成一个闭合体；3)检索装配下所有零部件的要素，选择几何特征，通过特征识别选出与之相对应的几何特征面，对几何特征面进行属性标记或删除；4)选择几何特征，完成尺寸阈值设置，将选出的几何特征的尺寸与尺寸阈值进行比较，剔除不符合要求的几何特征；5)判断几何简化是否为流体力学专业使用；6)计算零部件的包围盒，求取装配体的整体外形，对装配体整体进行抽壳，即获得整个装配的几何外形；7)选定更新后的装配，创建空间域，即完成面向流固耦合仿真的几何简化工作。

技术领域

本发明涉及航天产品系统仿真技术领域，特别是涉及一种面向运载火箭的流固耦合仿真几何模型简化方法。

背景技术

CAD(Computer Aided Design)三维设计软件和CAE(Computer AidedEngineering)分析仿真软件是运载火箭设计过程中已经广泛使用的工具，为实现不同软件系统间的数据共享，已经开展了一些的集成应用开发，效果改进明显。但整体来说，从CAD到CAE的设计分析流程不是很流畅。概括来说，CAD模型面向制造过程，模型细节丰富、规模庞大，而CAE模型却需要适当的简化和理想化，如何将CAD模型转化为CAE仿真所需源模型成为数据共享的难点。目前主要依靠重新几何建模或人工直接简化的方式实现从CAD到CAE的信息传递，难以满足工程上大规模、多批次的CAE快速仿真分析的需求，并且费时、费力。

运载火箭多物理场仿真而言，涉及到流体、结构等多个专业，涉及到流场、应力应变场、温度场等复杂的物理场，其仿真分析软件涉及到Abaqus、ICEMCFD、Fluent等商业软件。其仿真建模方式与以往单专业仿真有很大不同，在仿真建模时必须要保证流体模型和结构模型的几何信息一致，二者必须采用统一的CAD数据源，同时还应该对几何模型进行大量的简化以提高网格模型的质量和仿真效率。另一方面，针对设计变更和不同飞行任务要求，需要对不同设计方案和使用工况进行仿真分析，因此参数化、规范化、流程化的CAD/CAE一体化建模环境对于开展仿真与分析工作变得非常重要，这就需要针对运载火箭的特点，开展CAD模型简化方法研究。

目前，三维几何模型简化存在的问题主要表现在以下几个方面：

(1)缺乏统一完整的模型转换配置流程，支撑多领域CAE仿真建模。

针对运载火箭飞行过程，已经建立了大量的流体、结构和动力学等学科的模型，用于设计分析、验证与机理研究。这些模型均是针对特定问题研制的，而且绝大部分几何建模工作都是通过直接建模方式完成的，仅有很少CAE模型是通过CAD模型转换而来，而且这部分模型的规模较小。在面临耦合仿真问题时，常常由于CAD源模型不一致，导致建模工作的反复修改；而通过模型转换方式，一般来说模型转换的质量与效率均不高，使得模型的适用性非常差。因此，还需从耦合仿真工作角度，建立统一完整的配置环境，提供完善的模型转换流程，提升建模分析效率。

(2)缺乏适应不同型号与专业的模型转换模板，支撑快速开展仿真建模分析。

运载火箭CAE仿真分析过程中，通常会根据不同型号、不同专业的需求开展建模工作，由于问题对象复杂，工具与方式均存在较大差异，几何模型的颗粒度各有不同，不利于耦合仿真分析，存在设计质量风险；不利于复杂问题机理探究和知识创新，减缓多专业深层次方面的发展步伐。从耦合仿真建模配置的角度来说，需要根据不同型号不同专业的需求，定制几何模型的简化模板，形成面向耦合仿真的建模模板库，便于设计师从型号、专业等角度复用历史经验与知识信息，提升建模效率与质量，同时利于知识的固化与发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提出一种面向运载火箭的流固耦合仿真几何模型简化方法，实现运载火箭三维几何模型的快速简化，支持运载火箭不同领域CAE模型的适配耦合，提升CAD到CAE的模型配置能力。