CN106919763A - 一种产品结构尺寸优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及计算机仿真技术领域，尤其涉及一种产品结构尺寸优化方法，该方法包括三维模型参数化；有限元模型自动化；优化平台集成化。本发明基于CAD、CAE和优化软件，建立相关数据连接，实现产品尺寸优化的参数化、自动化和集成化。本发明整合优化流程，实现自动化建模、分析和优化，考虑非线性问题，提高了优化质量和工作效率，缩短了研发周期。

Description

一种产品结构尺寸优化方法

技术领域

本发明涉及计算机仿真技术领域，尤其涉及一种产品结构尺寸优化方法。

背景技术

随着技术的进步和市场需求的提升，产品结构优化设计在产品的整个研发周期中占有很大比重，特别是在航空航天、武器装备和汽车行业中更为突出，其主要目的是完成减轻结构重量，控制生产成本，降低应力水平，改进结构性能和提高安全寿命等工作。

传统产品结构尺寸优化方法是基于有限元模型，通过壳单元模型或体单元模型进行尺寸优化，其存在如下缺陷：

壳单元模型的优化方法一般用于优化结构件的板厚，优化变量单一，优化范围有限；且壳单元运用范围有限，只适用于很少一部分结构件。

体单元模型的优化方法通过网格变形工具建立形状变量，对网格进行变形处理后，易导致网格质量较差，所以优化范围有限，且网格质量差，容易造成计算不收敛。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种高效、快速、自动化的直接驱动CAD模型改变的产品结构尺寸优化方法，其能够满足结构强度、刚度、稳定性等使用性能。

本发明实施例提供的一种产品结构尺寸优化方法，该方法包括：

第一步，三维模型参数化；

基于三维设计软件CATIA，根据产品结构的使用性能要求，整理并分析三维模型，确定结构的优化变量参数，并对每个参数分别命名，设定各个优化参数的变动范围，确保生成新模型的合理性，设计实现三维模型的参数化功能，导出设计参数文件作为优化平台输入的模板文件；

第二步，有限元模型自动化；

将三维模型导入有限元软件HyperMesh，自动划分网格，对应力关注区网格重新编号，添加优化约束条件，自动生成计算输入文件，调用Abaqus计算求解，生成分析结果文件；

第三步，优化平台集成化；

优化平台HyperStudy集成CATIA软件和HyperMesh软件，驱动CATIA改变优化变量并生成新几何模型，启动HyperMesh自动导入新几何模型并求解计算，生成结果文件；优化平台提取结果文件关键信息，在满足各项约束条件的前提下，选择合理优化算法，经过多次迭代计算，达到最优优化目标。

进一步地，上述方法中，所述优化平台集成步骤如下：

1)自动更新三维模型；

2)自动建立有限元模型；

3)分析结果文件，判断目标是否优化；

4)如是，则获得最优目标，如否，则驱动参数改变执行更新三维模型的步骤。

与现有技术相比，本发明产品结构尺寸优化方法，包括三维模型参数化；有限元模型自动化；优化平台集成化。本发明基于CAD、CAE和优化软件，建立相关数据连接，实现产品尺寸优化的参数化、自动化和集成化。本发明整合优化流程，实现自动化建模、分析和优化，考虑非线性问题，提高了优化质量和工作效率，缩短了研发周期。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种产品结构尺寸优化方法流程图；

图2为本发明提供的一种挡块优化变量主视图

图3为本发明提供的一种挡块优化变量侧视图；

图4为本发明提供的一种挡块优化变量俯视图；

图5为本发明提供的一种挡块优化变量轴测图；

图6为本发明提供的一种优化平台集成流程图；

图7为本发明提供的一种优化前后挡块结构对比图；

图8为本发明提供的一种优化前后挡块参数对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合说明书附图对本发明实施例作进一步详细描述。

如图1所示，本发明实施例公开了一种产品结构尺寸优化方法，该方法包括：

步骤S101，三维模型参数化；

基于三维设计软件CATIA，根据产品结构的使用性能要求，整理并分析三维模型，确定结构的优化变量参数，并对每个参数分别命名，设定各个优化参数的变动范围，确保生成新模型的合理性，设计实现三维模型的参数化功能，导出设计参数文件作为优化平台输入的模板文件；

步骤S102，有限元模型自动化；

将三维模型导入有限元软件HyperMesh，自动划分网格，对应力关注区网格重新编号，添加优化约束条件，自动生成计算输入文件，调用Abaqus计算求解，生成分析结果文件；

步骤S103，优化平台集成化；

优化平台HyperStudy集成CATIA软件和HyperMesh软件，驱动CATIA改变优化变量并生成新几何模型，启动HyperMesh自动导入新几何模型并求解计算，生成结果文件；优化平台提取结果文件关键信息，在满足各项约束条件的前提下，选择合理优化算法，经过多次迭代计算，达到最优优化目标。

本发明CATIA是CAD/CAE/CAM一体化软件，其提供了变量驱动及后参数化能力。由于CATIA的各个模块基于统一的数据平台，因此CATIA的各个模块存在着真正的全相关性，三维模型的修改，能完全体现在二维，以及有限元分析，模具和数控加工的程序中。

本发明实施例基于三维设计软件CATIA，根据结构的使用性能要求，整理并分析三维模型，确定结构的优化变量参数，对每个参数分别命名R、T、L1、L2，优化变量如图2至图5所示，设定各个优化参数的变动范围，确保生成新模型的合理性。

本发明使用有限元软件HyperMesh，具有强大的有限元网格划分前处理功能和后处理功能。本发明直接输入CAD几何模型及有限元模型，减少用于建模的重复工作和费用。一般来说，CAE分析工程师80％的时间都花费在了有限元模型的建立，修改和网格划分上，而真正的分析求解时间是消耗在计算机工组站上，所以采用一个功能强大，使用方便灵活，并能够与众多CAD***和有限元求解器进行方便的数据交换的有限元前后处理工具，对于提高有限元分析工作的质量和效率具有十分重要的意义。

本发明实施例应用的Hypermesh具有很高的有限元网格划分和处理效率，其高速度、高质量的自动网格划分极大地简化了复杂几何的有限元建模过程。

本发明优化平台HyperStudy集成CATIA软件和HyperMesh软件，以驱动CATIA改变优化变量并生成新几何模型，启动HyperMesh自动导入新几何模型并求解计算，生成结果文件。

如图6所示，进一步地，所述优化平台集成步骤如下：

步骤S601，自动更新三维模型；

步骤S602，自动建立有限元模型；

步骤S603，分析结果文件，判断目标是否优化；

步骤S604，如是，则获得最优目标，如否，则驱动参数改变执行更新三维模型的步骤。

本发明实施例优化平台提取结果文件关键信息，在满足各项约束条件的前提下，选择合理优化算法，经过多次迭代计算，达到最优优化目标。如图7和图8所示为优化前后挡块结构对比图以及参数对比图。本发明HyperStudy的优化功能提高了分析模型与测试结果的相关性，减少了开发时间和成本。

综上，本发明实施例基于CAD、CAE和优化软件，建立相关数据连接，实现产品尺寸优化的参数化、自动化和集成化。本发明在满足结构强度、刚度、稳定性等使用性能的条件下，提供了一种高效、快速、自动化的直接驱动CAD模型改变的结构尺寸优化设计方法。本发明整合优化流程，实现自动化建模、分析和优化，考虑非线性问题，提高了优化质量和工作效率，缩短了研发周期。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种产品结构尺寸优化方法，其特征在于，该方法包括：

第一步，三维模型参数化；

基于三维设计软件CATIA，根据产品结构的使用性能要求，整理并分析三维模型，确定结构的优化变量参数，并对每个参数分别命名，设定各个优化参数的变动范围，确保生成新模型的合理性，设计实现三维模型的参数化功能，导出设计参数文件作为优化平台输入的模板文件；

第二步，有限元模型自动化；

将三维模型导入有限元软件HyperMesh，自动划分网格，对应力关注区网格重新编号，添加优化约束条件，自动生成计算输入文件，调用Abaqus计算求解，生成分析结果文件；

第三步，优化平台集成化；

优化平台HyperStudy集成CATIA软件和HyperMesh软件，驱动CATIA改变优化变量并生成新几何模型，启动HyperMesh自动导入新几何模型并求解计算，生成结果文件；优化平台提取结果文件关键信息，在满足各项约束条件的前提下，选择合理优化算法，经过多次迭代计算，达到最优优化目标。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优化平台集成步骤如下：

1)自动更新三维模型；

2)自动建立有限元模型；

3)分析结果文件，判断目标是否优化；

4)如是，则获得最优目标，如否，则驱动参数改变执行更新三维模型的步骤。