一种基于模块化的大型结构快速设计分析优化系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于模块化的大型结构快速设计分析优化系统，包括结构总体快速布局设计模块、结构初步快速设计优化模块、结构快速建模模块、结构快速分析模块、基础数据库模块。根据产品从需求参数输入-结构设计-强度分析全设计流程，利用参数化设计思想、模块化的系统构建技术、数据库技术、数字化建模技术、有限元分析技术、全数字化设计和分析模板定制技术，融合自动优化设计方法、知识驱动设计方法、自顶向下的设计方法，实现设计过程的快速自动优化、快速自动建模、自动有限元模型建立、自动快速有限元求解、典型零件自动出图、过程数据管理，达成全过程设计提速，提高设计效率，缩短产品开发周期。
【专利说明】一种基于模块化的大型结构快速设计分析优化系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及建模【技术领域】，特别涉及一种基于模块化的大型结构快速设计分析优化系统。
[0002]
【背景技术】
[0003]大型结构的设计特别是航天器相关的大型结构设计往往结构比较复杂，零部件较多，但新舱体的结构构型一般变化较小，主要是适应型号任务需要，结构参数和承载载荷进行相同构型结构的设计。随着航天任务增多，对研发周期要求提高，研制单位在产品质量、任务节点以及成本上面临越来越大的压力，传统设计方法存在设计工作重复、设计参数重复定义，设计效率低下，参数传递无统一格式，一般通过图纸和文件传递，容易造成传递错误和理解错误，最终导致设计问题，造成严重损失，影响研制进度。
[0004]因此必须建立一套系统利用大量产品研制积累的成熟设计方法和研制经验，实现产品设计过程标准化和自动化，提高航天飞行器结构设计效率，提高设计质量，缩短研制周期，降低研制成本。
[0005]目前国内部分行业逐渐开展快速设计方面的研究，针对快速设计的并行设计技术、快速原型技术、系列化模块化技术、基于模块模板的广义模块化设计技术、知识工程KBE(knowledge based engineer-1ng)与智能设计、大规模定制设计、模块化数字模型和典型特征重用设计和虚拟制造技术等发展均较为迅速。上述技术较为局部，尚不能按照自顶向下的设计模式，完成大型结构(如航天器大型铆接舱体、燃料贮箱、复合材料舱体)从总体布局-结构设计-结构有限元分析全过程自动快速设计。
[0006]
【发明内容】
[0007]本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种基于模块化的大型结构快速设计分析优化系统。本发明通过以下技术方案实现:
一种基于模块化的大型结构快速设计分析优化系统，用以对大型结构进行快速设计和建模，包括:
基础数据库模块，用以存储和管理结构总体布局设计模板、计算优化模板、三维建模模板、有限元分析模板、材料属性文件、标准零件库以及设计参数文件，其它模块工作时从基础数据库中调用对应的模板和文件；
结构总体快速布局设计模块，包括所述大型结构的若干特征结构的布局设计子模块，根据给定的总体需求参数，通过调用基础数据库模块中对应的所述结构总体布局设计模板，对所述大型结构进行布局设计，得到所述大型结构的结构总体布局以及骨架模型；
结构初步快速设计优化模块，包括若干设计优化子模块，与所述结构总体快速布局设计模块以及所述基础数据库模块进行数据交互，根据所述大型结构的结构总体布局输出文件，调用对应的所述计算优化模板、所述材料属性，以及所述标准零件库，对结构的设计参数进行自动优化计算，得到最优的结构设计参数；
结构快速建模模块，包括若干结构快速建模子模块，与所述结构初步快速设计优化模块以及所述基础数据库模块进行数据交互，根据所述最优的设计参数，调用对应的所述三维建模模板、标准零件等，快速建立三维模型；
结构快速分析模块，包括若干快速有限元分析子模块，与所述结构快速建模模块以及所述基础数据库模块进行数据交互，通过所述最优的设计参数和所述结构三维模型，调用对应的所述有限元分析模板，自动建立有限元分析模型，并对所述三维模型进行有限元分析。
[0008]较佳的，结构快速建模模块建立的三维模型包括:三维数字样机以及线框模型，结构快速分析模块对线框模型进行有限元分析。
[0009]较佳的，结构总体快速布局设计模块、结构初步快速设计优化模块、结构快速建模模块，以及结构快速分析模块还包括，分别通过外部输入的设计参数，从基础数据库模块中调用对应的模板，独立完成各自的功能。
[0010]较佳的，所有的设计参数共用同一套基础参数列表，且自动相互关联。
[0011]较佳的，若干布局设计子模块包括:运载火箭总体快速布局子模块和空间飞行器结构总体快速布局子模块。
[0012]较佳的，若干设计优化子模块包括:铆接舱体结构优化计算子模块、贮箱结构优化计算子模块，以及复合材料结构优化计算子模块。
[0013]较佳的，若干结构快速建模子模块包括:铆接舱体结构快速建模子模块、贮箱结构快速建模子模块，以及复合材料结构快速建模子模块。
[0014]较佳的，若干快速有限元分析子模块包括:铆接舱体快速有限元分析子模块、贮箱快速有限元分析子模块，以及复合材料快速有限元分析子模块。
[0015]本发明根据产品从需求参数输入-结构设计-强度分析全设计流程，利用参数化设计思想、模块化的系统构建技术、数据库技术、数字化建模技术、有限元分析技术、全数字化设计和分析模板定制技术，融合自动优化设计方法、知识驱动设计方法、自顶向下的设计方法，实现设计过程的快速自动优化、快速自动建模、自动有限元模型建立、自动快速有限元求解、典型零件自动出图、过程数据管理，达成全过程设计提速，提高设计效率，缩短产品开发周期。
[0016]【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1所示的是本发明的结构示意图；
图2所示的是本发明的各模块的输出与输入示意图；
图3所示的是本发明的工作流程图。
[0018]【具体实施方式】
[0019]以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0020]为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。
[0021]如图1所示，本发明提供的一种基于模块化的大型结构快速设计分析优化系统包括五个模块:基础数据库模块5、结构总体快速布局设计模块1、结构初步快速设计优化模块2、结构快速建模模块3，以及结构快速分析模块4。
[0022]结构总体布局设计子模块I包括:运载火箭总体快速布局子模块11和空间飞行器结构总体快速布局子模块12。
[0023]设计优化子模块2包括:铆接舱体结构优化计算子模块21、贮箱结构优化计算子模块22，以及复合材料结构优化计算子模块23。
[0024]结构快速建模子模块3包括:铆接舱体结构快速建模子模块31、贮箱结构快速建模子模块32，以及复合材料结构快速建模子模块33。
[0025]快速有限元分析子模块4包括:铆接舱体快速有限元分析子模块41、贮箱快速有限元分析子模块42，以及复合材料快速有限元分析子模块43。
[0026]如图2所示，在工作中，结构快速设计分析优化系统，首先输入总体需求参数(初始数据、理论图等)，调用可用的结构总体布局设计模板，经过总体设计师进行布局和连接设计，输出骨架模型、发布骨架和总体布局，将输出结构和载荷条件传递至结构初步快速设计优化模块；经过结构初步快速设计优化模块优化计算，确定结构构型和最优结构参数传递至结构快速建模；结构快速建模模块输出结构参数、三维数字样机以及用于有限元分析用可被快速分析软件识别的线框模型；结构快速分析模块根据线框模型传递的结构参数和材料等参数结合载荷参数采用有限元软件快速自动完成分析，形成结果，计算结构与结构快速建模模块迭代确认，经有限元分析通过的设计，可以将三维数字样机模型和设计图输出用于生产。整个过程中基础数据库提供所有的设计参数、模板以及控制过程数据，各模块数据交互依靠基础数据库。
[0027]如图3所示，在图2基础上说明本发明的各模块的详细工作过程。
[0028]结构总体快速布局设计模块，根据给定的总体需求参数，通过调用对应的结构总体布局设计模板，对大型结构进行布局设计，得到大型结构的结构总体布局以及骨架模型；
结构初步快速设计优化模块，根据所得到的大型结构的结构总体布局，调用对应的计算优化模板、材料属性，以及标准零件库，对其对应的设计参数进行自动优化计算，得到最优的设计参数；
结构快速建模模块，根据最优的设计参数，调用对应的三维建模模板，建立三维模型；结构快速分析模块，通过最优的设计参数，调用对应的有限元分析模板，建立有限元分析模型，并对三维模型进行有限元分析。
[0029]本发明包括的所有模块相对应的子模块共用同一套基础参数列表，设计参数自动相互关联，设计参数传递唯一准确。各模块可独立输入设计参数完成独立设计功能，各模块可独立调取设计参数、模板进行修改设计。[0030]本实施例中，采用模块化的系统构建方式，保证了系统的可扩展性。基于参数化的设计方法、知识驱动设计方法、模块定制技术应用，实现了从总体结构设计，到结构设计，到有限元分析，到设计出图全设计过程标准化、自动化，相比传统设计方法提高设计效率50%，全面提高设计质量，极大的缩短了设计周期，创造了较好效益。
[0031]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种基于模块化的大型结构快速设计分析优化系统，用以对大型结构进行快速设计和建模，其特征在于，包括: 基础数据库模块，用以存储和管理结构总体布局设计模板、计算优化模板、三维建模模板、有限元分析模板、材料属性文件、标准零件库以及设计参数文件，其它模块工作时从基础数据库中调用对应的模板和文件； 结构总体快速布局设计模块，包括所述大型结构的若干特征结构的布局设计子模块，根据给定的总体需求参数，通过调用基础数据库模块中对应的所述结构总体布局设计模板，对所述大型结构进行布局设计，得到所述大型结构的结构总体布局以及骨架模型； 结构初步快速设计优化模块，包括若干设计优化子模块，与所述结构总体快速布局设计模块以及所述基础数据库模块进行数据交互，根据所述大型结构的结构总体布局输出文件，调用对应的所述计算优化模板、所述材料属性，以及所述标准零件库，对结构的设计参数进行自动优化计算，得到最优的结构设计参数； 结构快速建模模块，包括若干结构快速建模子模块，与所述结构初步快速设计优化模块以及所述基础数据库模块进行数据交互，根据所述最优的设计参数，调用对应的所述三维建模模板、标准零件等，快速建立三维模型； 结构快速分析模块，包括若干快速有限元分析子模块，与所述结构快速建模模块以及所述基础数据库模块进行数据交互，通过所述最优的设计参数和所述结构三维模型，调用对应的所述有限元分析模板，自动建立有限元分析模型，并对所述三维模型进行有限元分析。
2.根据权利要求1所述的基于模块化的大型结构快速设计分析优化系统，其特征在于，所述结构快速建模模块建立的所述三维模型包括:三维数字样机以及线框模型，所述结构快速分析模块对所述线框模型进行有限元分析。`
3.根据权利要求1所述的基于模块化的大型结构快速设计分析优化系统，其特征在于，所述结构总体快速布局设计模块、所述结构初步快速设计优化模块、所述结构快速建模模块以及所述结构快速分析模块，可以分别通过外部输入的设计参数，从所述基础数据库模块中调用对应的模板和文件，独立完成各自的功能。
4.根据权利要求1所述的基于模块化的大型结构快速设计分析优化系统，其特征在于，所有的所述设计参数共用同一套基础参数列表，且自动相互关联。
5.根据权利要求1所述的基于模块化的大型结构快速设计分析优化系统，其特征在于，所述若干布局设计子模块包括:运载火箭总体快速布局子模块和空间飞行器结构总体快速布局子模块。
6.根据权利要求1所述的基于模块化的大型结构快速设计分析优化系统，其特征在于，所述若干设计优化子模块包括:铆接舱体结构优化计算子模块、贮箱结构优化计算子模块，以及复合材料结构优化计算子模块。
7.根据权利要求1所述的基于模块化的大型结构快速设计分析优化系统，其特征在于，所述若干结构快速建模子模块包括:铆接舱体结构快速建模子模块、贮箱结构快速建模子模块，以及复合材料结构快速建模子模块。
8.根据权利要求1所述的基于模块化的大型结构快速设计分析优化系统，其特征在于，所述若干快速有限元分析子模块包括:铆接舱体快速有限元分析子模块、贮箱快速有限元分析子模块，以及复合材料快速有限元分析子模块。
9.根据权利要求1所述的基于模块化的大型结构快速设计分析优化系统，其特征在于，所述结构总体快速布局设计模块、所述结构初步快速设计优化模块、所述结构快速建模模块、所述结构快速分析模块以及所述基础数据库模块均可以通过增加子模块拓展系统功倉泛。`
【文档编号】G06F17/50GK103870635SQ201410061462
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年2月24日 优先权日:2014年2月24日
【发明者】张修科, 唐杰, 陈鸣亮, 王金童, 赵学成, 李茂 , 张振涛, 顾远之, 张醒, 李 昊, 史立涛, 冀宾, 吕榕新, 王文玺, 邹薇 申请人:上海宇航系统工程研究所