基于统一特征表达的建模分析一体化方法与技术研究

发布时间：2018-01-08 01:18

本文关键词：基于统一特征表达的建模分析一体化方法与技术研究　出处：《华中科技大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：三维CAD建模与结构分析是新产品开发的重要环节,建模与分析的融合统一技术是实现产品高效设计的关键技术之一,对提高产品设计效率具有重要意义。当前CAD/CAE集成中存在模型转换、简化及网格剖分等大量耗时的前处理过程,产品设计过程中边界条件等CAE分析信息的重用问题仍无十分有效的解决方案,极大影响产品设计效率。为此,本文从产品CAD建模与CAE分析特征的统一表达与构建产品特征信息的重用机制等方面对产品建模与分析的融合统一方法进行了深入系统的研究,初步构建了一套建模-分析一体化的原型系统。论文主要研究工作如下：(1)针对产品建模与分析之间模型的差异,详细探讨分析与建模信息之间的关联及表示方法,将边界条件等结构分析信息表示为特征,提出融合特征概念及边界条件特征信息的映射方法,实现产品CAD/CAE特征信息的有机融合与共享,有利于提高产品CAE与CAD模型的统一性,避免模型之间的反复转换与数据冗余,从而为建模-分析一体化奠定技术基础。(2)为解决现有产品构造过程中分析特征信息重用问题,对传统建模特征编码方法及技术进行拓展,重点研究全域边界条件与子域边界条件特征信息编码、传播与解码机制及相关算法,提出一种边界条件特征的混合编码策略及方法,并将分析与建模特征编码统一作为属性与产品模型关联,为CAE分析中边界条件特征信息重用提供算法基础。(3)为实现基于历史的建模-分析一体化构造过程中融合特征的重构,对融合特征的重用机制及管理进行了研究,重点探讨边界条件特征与建模特征的依赖关系及边界条件特征编码传播的数据一致性,并基于建模-分析融合特征依赖关系图方法,提出边界条件特征自适应重构算法。该方法能够支持不同边界条件重构,从而有效保证分析与建模特征的重用性,减少用户繁琐的重复交互,从而提高产品设计效率。(4)针对以有限元计算为主的CAE分析与CAD网格模型不一致以及对资源要求较高的问题,本文基于融合统一的边界网格模型,采用边界积分理论进行产品结构性能分析,该方法能统一CAD与CAE的网格模型,降低网格维度,节省资源以及提高计算精度。同时结合快速多极算法与GPU并行计算等方法提出了二次边界积分的加速算法,该算法有利于提高分析效率,为实现产品几何建模与结构性能分析一体化提供快速分析计算理论基础及核心算法。(5)针对现有CAD/CAE集成技术及其系统架构的局限性,提出产品建模、性能分析有机融合的三维CAD/CAE一体化系统架构,以及CAD/CAE特征融合统一的重构机制与策略,从而实现对产品建模与分析特征数据模型、特征历史的统一管理,有效降低CAD/CAE集成化系统的数据冗余性。(6)以上述理论研究为基础,以自主研发的三维建模软件-InteSolid为基础,重点对该系统特征表示方法、数据结构、核心算法以及特征管理机制进行拓展,并研究开发了一套支持建模-分析一体化的原型系统,该系统实现了建模与分析特征的统一融合与自适应重构,减少建模-分析特征的重复定义,有效提高产品设计效率。此外,通过部分建模与分析工程算例对本文提出的系列关键技术及算法进行验证,实验表明本文算法的有效性,这为新一代三维CAD/CAE集成软件系统的研究与开发提供借鉴和指导。
[Abstract]:Three - dimensional CAD modeling and structural analysis is an important part of new product development , and the integration of modeling and analysis is one of the key technologies to realize the efficient design of product . ( 5 ) Aiming at the limitation of the existing CAD / CAE integration technology and its system architecture , this paper proposes a three - dimensional CAD / CAE integrated system architecture for product modeling and performance analysis .

【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.72

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