本發(fā)明涉及計算機仿真技術領域，尤其涉及一種產品結構尺寸優(yōu)化方法。

背景技術：

隨著技術的進步和市場需求的提升，產品結構優(yōu)化設計在產品的整個研發(fā)周期中占有很大比重，特別是在航空航天、武器裝備和汽車行業(yè)中更為突出，其主要目的是完成減輕結構重量，控制生產成本，降低應力水平，改進結構性能和提高安全壽命等工作。

傳統(tǒng)產品結構尺寸優(yōu)化方法是基于有限元模型，通過殼單元模型或體單元模型進行尺寸優(yōu)化，其存在如下缺陷：

殼單元模型的優(yōu)化方法一般用于優(yōu)化結構件的板厚，優(yōu)化變量單一，優(yōu)化范圍有限；且殼單元運用范圍有限，只適用于很少一部分結構件。

體單元模型的優(yōu)化方法通過網格變形工具建立形狀變量，對網格進行變形處理后，易導致網格質量較差，所以優(yōu)化范圍有限，且網格質量差，容易造成計算不收斂。

技術實現要素：

針對上述現有技術的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種高效、快速、自動化的直接驅動cad模型改變的產品結構尺寸優(yōu)化方法，其能夠滿足結構強度、剛度、穩(wěn)定性等使用性能。

本發(fā)明實施例提供的一種產品結構尺寸優(yōu)化方法，該方法包括：

第一步，三維模型參數化；

基于三維設計軟件catia，根據產品結構的使用性能要求，整理并分析三維模型，確定結構的優(yōu)化變量參數，并對每個參數分別命名，設定各個優(yōu)化參數的變動范圍，確保生成新模型的合理性，設計實現三維模型的參數化功能，導出設計參數文件作為優(yōu)化平臺輸入的模板文件；

第二步，有限元模型自動化；

將三維模型導入有限元軟件hypermesh，自動劃分網格，對應力關注區(qū)網格重新編號，添加優(yōu)化約束條件，自動生成計算輸入文件，調用abaqus計算求解，生成分析結果文件；

第三步，優(yōu)化平臺集成化；

優(yōu)化平臺hyperstudy集成catia軟件和hypermesh軟件，驅動catia改變優(yōu)化變量并生成新幾何模型，啟動hypermesh自動導入新幾何模型并求解計算，生成結果文件；優(yōu)化平臺提取結果文件關鍵信息，在滿足各項約束條件的前提下，選擇合理優(yōu)化算法，經過多次迭代計算，達到最優(yōu)優(yōu)化目標。

進一步地，上述方法中，所述優(yōu)化平臺集成步驟如下：

1)自動更新三維模型；

2)自動建立有限元模型；

3)分析結果文件，判斷目標是否優(yōu)化；

4)如是，則獲得最優(yōu)目標，如否，則驅動參數改變執(zhí)行更新三維模型的步驟。

與現有技術相比，本發(fā)明產品結構尺寸優(yōu)化方法，包括三維模型參數化；有限元模型自動化；優(yōu)化平臺集成化。本發(fā)明基于cad、cae和優(yōu)化軟件，建立相關數據連接，實現產品尺寸優(yōu)化的參數化、自動化和集成化。本發(fā)明整合優(yōu)化流程，實現自動化建模、分析和優(yōu)化，考慮非線性問題，提高了優(yōu)化質量和工作效率，縮短了研發(fā)周期。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡要介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的一種產品結構尺寸優(yōu)化方法流程圖；

圖2為本發(fā)明提供的一種擋塊優(yōu)化變量主視圖

圖3為本發(fā)明提供的一種擋塊優(yōu)化變量側視圖；

圖4為本發(fā)明提供的一種擋塊優(yōu)化變量俯視圖；

圖5為本發(fā)明提供的一種擋塊優(yōu)化變量軸測圖；

圖6為本發(fā)明提供的一種優(yōu)化平臺集成流程圖；

圖7為本發(fā)明提供的一種優(yōu)化前后擋塊結構對比圖；

圖8為本發(fā)明提供的一種優(yōu)化前后擋塊參數對比圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步地詳細描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部份實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

下面結合說明書附圖對本發(fā)明實施例作進一步詳細描述。

如圖1所示，本發(fā)明實施例公開了一種產品結構尺寸優(yōu)化方法，該方法包括：

步驟s101，三維模型參數化；

基于三維設計軟件catia，根據產品結構的使用性能要求，整理并分析三維模型，確定結構的優(yōu)化變量參數，并對每個參數分別命名，設定各個優(yōu)化參數的變動范圍，確保生成新模型的合理性，設計實現三維模型的參數化功能，導出設計參數文件作為優(yōu)化平臺輸入的模板文件；

步驟s102，有限元模型自動化；

將三維模型導入有限元軟件hypermesh，自動劃分網格，對應力關注區(qū)網格重新編號，添加優(yōu)化約束條件，自動生成計算輸入文件，調用abaqus計算求解，生成分析結果文件；

步驟s103，優(yōu)化平臺集成化；

優(yōu)化平臺hyperstudy集成catia軟件和hypermesh軟件，驅動catia改變優(yōu)化變量并生成新幾何模型，啟動hypermesh自動導入新幾何模型并求解計算，生成結果文件；優(yōu)化平臺提取結果文件關鍵信息，在滿足各項約束條件的前提下，選擇合理優(yōu)化算法，經過多次迭代計算，達到最優(yōu)優(yōu)化目標。

本發(fā)明catia是cad/cae/cam一體化軟件，其提供了變量驅動及后參數化能力。由于catia的各個模塊基于統(tǒng)一的數據平臺，因此catia的各個模塊存在著真正的全相關性，三維模型的修改，能完全體現在二維，以及有限元分析，模具和數控加工的程序中。

本發(fā)明實施例基于三維設計軟件catia，根據結構的使用性能要求，整理并分析三維模型，確定結構的優(yōu)化變量參數，對每個參數分別命名r、t、l1、l2，優(yōu)化變量如圖2至圖5所示，設定各個優(yōu)化參數的變動范圍，確保生成新模型的合理性。

本發(fā)明使用有限元軟件hypermesh，具有強大的有限元網格劃分前處理功能和后處理功能。本發(fā)明直接輸入cad幾何模型及有限元模型，減少用于建模的重復工作和費用。一般來說，cae分析工程師80％的時間都花費在了有限元模型的建立，修改和網格劃分上，而真正的分析求解時間是消耗在計算機工組站上，所以采用一個功能強大，使用方便靈活，并能夠與眾多cad系統(tǒng)和有限元求解器進行方便的數據交換的有限元前后處理工具，對于提高有限元分析工作的質量和效率具有十分重要的意義。

本發(fā)明實施例應用的hypermesh具有很高的有限元網格劃分和處理效率，其高速度、高質量的自動網格劃分極大地簡化了復雜幾何的有限元建模過程。

本發(fā)明優(yōu)化平臺hyperstudy集成catia軟件和hypermesh軟件，以驅動catia改變優(yōu)化變量并生成新幾何模型，啟動hypermesh自動導入新幾何模型并求解計算，生成結果文件。

如圖6所示，進一步地，所述優(yōu)化平臺集成步驟如下：

步驟s601，自動更新三維模型；

步驟s602，自動建立有限元模型；

步驟s603，分析結果文件，判斷目標是否優(yōu)化；

步驟s604，如是，則獲得最優(yōu)目標，如否，則驅動參數改變執(zhí)行更新三維模型的步驟。

本發(fā)明實施例優(yōu)化平臺提取結果文件關鍵信息，在滿足各項約束條件的前提下，選擇合理優(yōu)化算法，經過多次迭代計算，達到最優(yōu)優(yōu)化目標。如圖7和圖8所示為優(yōu)化前后擋塊結構對比圖以及參數對比圖。本發(fā)明hyperstudy的優(yōu)化功能提高了分析模型與測試結果的相關性，減少了開發(fā)時間和成本。

綜上，本發(fā)明實施例基于cad、cae和優(yōu)化軟件，建立相關數據連接，實現產品尺寸優(yōu)化的參數化、自動化和集成化。本發(fā)明在滿足結構強度、剛度、穩(wěn)定性等使用性能的條件下，提供了一種高效、快速、自動化的直接驅動cad模型改變的結構尺寸優(yōu)化設計方法。本發(fā)明整合優(yōu)化流程，實現自動化建模、分析和優(yōu)化，考慮非線性問題，提高了優(yōu)化質量和工作效率，縮短了研發(fā)周期。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例做出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。