基于UG和ANSA平台的自动CAE分析系统与开发方法与流程

本发明涉及有限元分析流程自动化领域，尤其涉及一种基于ug和ansa平台的自动cae分析系统与开发方法。

背景技术：

随着市场竞争的加剧，产品更新周期愈来愈短，企业对新技术的需求更加迫切，而有限元分析技术是提升产品质量、缩短设计周期、提高产品竞争力的一项有效手段，所以，随着计算机技术和计算方法的发展，有限元分析在工程设计和科研领域得到了越来越广泛的重视和应用。

但有限元分析包括前处理、求解、后处理一整套的分析流程，其中前处理又包括划分网格、添加材料属性、加约束与边界条件、加载等步骤，这些步骤多为重复性操作且为传统的跟踪式操作、过程非常繁琐，且耗时较长，分析效率低，工作量非常大。而当今市场竞争激烈，如何提高有限元分析效率，缩短仿真分析周期，已经成为企业急需解决的问题。

技术实现要素：

针对上是技术问题，本发明旨在提供一种基于ug和ansa平台的自动cae分析系统与开发方法，所述技术方案如下：

根据本发明的第一方面：提供一种基于ug和ansa平台的自动cae分析系统开发方法，所述方法包括：

步骤10、规范cae分析流程，并将分析流程模块化；

步骤20、编写模块脚本，同时按照分析流程的先后顺序将各个模块脚本串联在一起，形成完整的带变量的cae分析流程控制程序；

步骤30、确定自动cae分析流程所需参数；

步骤40、根据步骤30确定的自动cae分析所需参数，设计对应的自动cae分析系统用户图形页面；

步骤50、搭建数据库，用于接收自动cae分析系统用户图形页面传送过来的信息，并实现信息的转换、保存、提取和获取功能，从而实现cad与cae软件的数据交流功能；

步骤60、将自动cae分析系统用户图形页面和数据库、模块脚本建立联系。

进一步地，所述步骤20具体为：

通过面向对象语言分别对模块进行编程，创建模块脚本；该脚本为缺少输入参数的程序，同时按照分析流程的先后顺序，将各个模块脚本串联在一起，形成完整的带变量的cae分析流程控制程序；当该程序接收到来自数据库的输入参数后，即可合并成完整的程序，通过运行此程序可实现该模块的自动创建。

进一步地，所述步骤40具体为：

根据步骤30确定的自动cae分析所需参数，设计对应的自动cae分析系统用户图形页面，其中，用户图形页面包括配置模块、参数模块提交模块，配置模块用于选择配置信息，参数模块用于选择参数，提交模块用于确定提交命令。

进一步地，所述步骤50具体为：

通过编程，搭建一个用于保存有限元分析过程所需要的信息的数据库，数据库中的信息由自动cae分析系统页面传送过来，包括配置信息和参数信息；其中，配置信息包括生成文件保存位置和有限元可执行文件路径；参数信息为有限元分析模块脚本所需要的参数，包括网格大小，模型材料，边界条件信息，所述信息在自动cae分析系统页面被选择，并被分类保存于数据库中，当接收到进行有限元分析的命令时，从数据库提取这些信息，与模块脚本合并成完整自动有限元分析控制程序，通过运行完整的自动有限元分析程序，控制有限元软件自动完成有限元分析。

进一步地，所述步骤60具体为：

用户先在用户图形页面中选择对应的几何特征，包括加载点、加载面、安装面；然后把用户选择的这些几何特征转换为可存于数据库中的参数信息保存到数据库；当用户发出进行有限元分析的指令时，从数据库提取所述参数信息，从所述参数信息获取对应几何特征，所述的几何特征和参数信息的转换方式采用附标签-字典的方式，即对所选择的几何特征进行附标签操作，并取一个对应的名字，以该名字为字典的键，对应的几何特征的标签为此键对应的值，当需要提取该几何特征时，可通过其键，获取对应的值，即该几何特征的标签，然后再通过该标签获取对应的几何特征。

根据本发明的第二方面：提供一种基于ug和ansa平台的自动cae分析系统，包括：

起始模块，用于选择所需分析模型和分析类型；

参数模块，用于选择自动有限元分析控制程序运行所需要的参数，并将选择的参数保存至数据库；

数据库，用于接收来自输入参数模块的参数信息，当数据库接收到来自提交页面的命令时，将输入参数与自动有限元脚本合并成带有输入参数的自动有限元分析控制程序，输出此控制程序，并通过运行此程序控制有限元软件自动完成有限元分析；

展示模块，用于显示自动有限元分析过程，监视分析进度，并显示自动有限元完成后得到的有限元模型，该模块为可选择模块，若不需要监视时，则可选择关闭此模块。

进一步地，所述起始模块、参数模块以及展示模块还用于：

对每个独立动作节点均设置异常捕捉机制，在执行流程的过程中，当异常捕捉机制捕捉到异常时，便立即中断流程的执行，并发送警告消息给使用者。

根据权利要求6所述的基于ug和ansa平台的自动cae分析系统，其特征在于：

不包含输入参数的自动有限元程序脚本为包含多种智能算法的脚本，包括划分网格算法、建螺栓算法、建弹簧算法、加约束和加载算法，由参数模块传送过来的信息仅为一部分输入参数，其余的所需输入参数均由已知参数和条件，通过智能算法得到。

进一步地，所述参数模块具体包括：

配置子模块，用于选择配置信息，包括生成文件缓存位置和有限元分析软件可执行文件路径；所述文件缓存位置用于保存文件，便于用户查看或调用结果文件；所述有限元分析软件可执行文件路径用于在提交模块确认进行自动有限元分析后，计算机自动调用此有限元分析软件，以自动完成有限元分析；

几何参数子模块，用于选择自动有限元分析过程中所需几何参数和特征，并将选择的几何参数和特征保存为信息，传送至数据库；

加载子模块，用于自动读取加载文件，并保存加载文件中的加载信息，传送至数据库，以控制有限元软件自动完成工况的加载；

提交子模块，用于发出进行有限元分析的指令，当数据库接收到来自此页面的开始有限元分析命令时，将输入参数与自动有限元脚本合并成带有输入参数的自动有限元分析控制程序，输出此控制程序，并通过运行此程序控制有限元软件自动完成有限元分析。

进一步地，所述几何参数子模块包括：

分析体选项块，用于选择需要进行分析的几何体，同时选择几何体材料，输入有限元分析生成的网格大小，并将选择的参数传送至数据库；

螺栓选项块，用于选择有限元分析时建螺栓的位置信息和几何特征信息，并将选择的参数传送至数据库；其中选择完螺栓后，会自动生成箭头示意图用来表示所建螺栓位置和螺栓方向；

弹簧选项块，用于选择有限元分析时建弹簧的位置信息，并将选择的参数传送至数据库，所述弹簧选项块为可选模块，若分析过程不需要建弹簧时，则此弹簧选项块可不选；

约束选项块，用于选择有限元分析时加约束的位置信息和所加约束类型，并将选择的参数传送至数据库；

关联加载选项块，用于选择有限元分析时建关联和施加加载的位置信息，并将选择的参数传送至数据库。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

将传统的跟踪式有限元操作改为一键式操作，从而实现有限元分析流程的自动化；即只需在进行有限元分析前，选择一些简单的参数，然后确定进行有限元分析，即可自动完成有限元分析，显著地缩短分析所需时间，极大地提高有限元分析的效率，降低cae分析难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例公开的一种自动cae分析系统开发方法的流程示意图；

图2是本发明实施例公开的自动cae分析系统的流程示意图；

图3是本发明实施例公开的自动cae分析系统的结构示意图；

图4是本发明实施例公开的自动cae分析系统参数模块中的几何参数子模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

请参照图1，本发明，基于ug和ansa平台的自动cae分析系统开发方法的较佳实施例，所述方法包括：

步骤10、详细分析并规范对应的cae分析流程，并将分析流程模块化；

例如，该自动cae分析系统用于自动分析副车架的强度，则将副车架的强度cae分析流程划分为模型导入、几何清理、划分网格、修改网格质量、附材料和属性、加边界条件、加载与输出、求解、后处理等模块；

步骤20、编写模块脚本，同时按照流程执行的先后顺序将各个模块脚本串联在一起形成完整的带变量的cae分析流程控制程序；

由于步骤10已将cae分析流程划分为多个模块，因此，可通过面向对象语言分别对这些模块进行编程，创建模块脚本。该脚本为缺少输入参数的程序，当该脚本接收到来自数据库的输入参数后，即可合并成完整的模块程序，通过运行此模块程序可实现该模块的自动创建。比如网格划分模块，该模块脚本中有size、paramfile和criteriafile三个变量，其中，size、paramfile、criteriafile分别为网格大小变量、网格质量标准文件变量和网格类型定义文件变量，用来接收数据库中的用户定义的网格大小、网格质量标准文件和网格类型定义文件地址。比如用户定义的网格大小为3.0，网格质量标准文件和网格类型定义文件地址分别为"e:\\project\\debugfile\\nastranmeshparams.ansa_mpar"和

"e:\\project\\debugfile\\nastranshellqualitycriterial.ansa_qual"。

则size＝3.0，paramfile＝"e:\\project\\debugfile\\nastranmeshparams.ansa_mpar"和criteriafile＝"e:\\project\\debugfile\\nastranshellqualitycriterial.ansa_qual"。这些变量被传送到网格划分模块脚本中的函数，用以控制网格的生成。

步骤30、确定自动cae分析所需参数：根据步骤20中的模块脚本确定自动cae分析流程所需参数；

由步骤20可知，网格划分模块脚本所需的变量有网格大小变量、网格质量标准文件变量和网格类型定义文件变量三个，因此，若想自动完成cae分析流程中的网格划分模块，则需要输入这三个参数；

步骤40、根据步骤30确定的自动cae分析所需参数，设计对应的自动cae分析系统用户图形页面；

副车架进行有限元分析时，需要建螺栓，而螺栓模块脚本包含的变量参数有螺栓上下法兰面几何特征对应的网格，因此，我们需要在自动cae分析系统用户图形页面中设计螺栓选项块，该选项块包含两个选项供用户选择，分别为选择螺栓上法兰面选项和选择螺栓下法兰面选项，当用户需要建螺栓时，只需在此页面选择几何模型的螺栓上下法兰面即可，页面会将用户选择的上下法兰面转换为参数信息，保存于数据库，当用户发出进行有限元分析指令时，系统从数据库提取上下法兰面对应参数信息，从该参数信息获取上下法兰面几何特征，用于自动进行有限元分析时进行螺栓模型的自动创建。

步骤50、搭建数据库，用于接收自动cae分析系统用户图形页面传送过来的信息，并实现信息的转换、保存、提取和获取功能，从而实现cad与cae软件的数据交流功能，具体为：

通过编程，搭建一个用于保存有限元分析过程所需要的信息的数据库，数据库中的信息由自动cae分析系统页面传送过来，包括配置信息和参数信息。其中，配置信息包括生成文件保存位置和有限元分析软件可执行文件路径；文件保存位置用于保存有限元分析过程所生成的文件，此步骤有利于用户查看和调用文件；有限元分析软件可执行文件路径用于在提交模块确认进行自动有限元分析后，系统自动调用此有限元分析软件，以自动完成有限元分析；数据库除了自身保存配置信息外，还将配置信息保存于配置文件中；将配置信息保存到配置文件中，当用户重启自动cae分析系统时，系统自动加载配置文件中的配置信息，从而减少用户重复对配置模块进行操作，提高效率。参数信息为有限元分析模块脚本所需要的参数，如网格大小，模型材料，边界条件等信息，这些信息在自动cae分析系统页面被选择，并被分类保存于数据库中，当接收到进行有限元分析的命令时，从数据库提取这些信息，与模块脚本合并成完整自动有限元分析控制程序，通过运行完整的自动有限元分析程序，控制有限元软件自动完成有限元分析。

步骤60、将步骤40中设计的自动cae分析系统用户图形页面和数据库、模块脚本建立联系；

用户先是在自动cae分析系统用户图形页面中选择对应的几何特征，如加载点、加载面、安装面等。然后我们需要把用户选择的这些几何特征转换为可存于数据库中的参数信息，并且当用户发出进行有限元分析的指令时，这些信息还会被提取，因此需要将自动cae分析系统用户图形页面与数据库建立联系，由于几何特征的类型包括点、线、面、几何实体等，且选择的几何特征的用途也不尽相同，如选中的一些面为加载面，有限元分析时用于建关联加载的；而被选中的另一些面可能是安装面，用于有限元分析时创建边界条件的；这时候我们就需要对这些几何特征进行分类，对几何特征分类后，我们需要把它们保存到数据库，由于几何特征无法直接保存到数据库中，因此，我们需要把这些几何特征转换为参数信息，然后将参数信息保存到数据库，当需要提取几何特征的时候我们只需提取对应的参数信息，然后再由参数信息获取对应的几何特征；此过程包括了几何特征转换为参数信息，参数信息保存到数据库，从数据库提取参数信息，从参数信息获取对应几何特征四个过程，在此转换、保存、提取、获取四过程中涉及的几何特征和参数信息不能混淆或者丢失，并且要求具备一一对应关系，否则将可能导致有限元分析过程出错或者分析结果不可靠，因此，这就对转换、保存、提取、获取四过程提出了很高的要求，本发明采取的几何特征转换保存方法为附标签-字典的方式，所谓的附标签-字典方法，即对所选择的几何特征进行附标签操作，并取一个对应的名字，以该名字为字典的键(key)，对应的几何特征的标签为此键(key)对应的值(value)，当需要提取该几何特征时，可通过其键(key)，获取对应的值(value)，即该几何特征的标签，然后再通过该标签获取对应的几何特征；比如，当模型需要建螺栓的时候，我们需要在参数模块选择螺栓的上下法兰面，此时，当用户选择完上下法兰面后，系统会为用户选中的上下法兰面附上对应的标签，为上下法兰面的标签分别取个对应的规范的名字，并将其保存于字典中，如hashmap<string,object>boltdata＝{“face1”:“上法兰面标签”，“face2”:“下法兰面标签”}，当需要生成有限元模型时，我们需要获取螺栓上法兰面信息来创建关联，此时，可通过tag1＝boltdata.get(“face1”)获取到上法兰面标签，然后再通过该标签获取到螺栓上法兰面，进而顺利创建螺栓的有限元模型，从而将自动cae分析系统用户图形页面和数据库建立联系；

请参照图2、3所示，本发明的基于ug和ansa平台的自动cae分析系统的较佳实施例，所述系统包括起始模块10、参数模块20以及展示模块30、数据库40；

所述起始模块10用于选择所需分析模型和分析类型，其中分析类型有副车架强度分析、模态分析等；

所述参数模块20用于选择自动有限元分析控制程序运行所需要的参数，并将选择的参数保存至数据库40；数据库40接收来自输入参数模块的参数信息，当用户发出进行有限元分析的命令时，系统将输入参数与自动有限元模块脚本合并成带有输入参数的自动有限元分析控制程序，输出此控制程序，并通过运行此程序，控制有限元软件自动完成有限元分析；

另外，参数模块20具体包括配置子模块201、几何参数子模块202、加载子模块203、提交子模块204；

所述配置子模块201用于选择配置信息，包括生成文件缓存位置和有限元分析软件可执行文件安装路径；所述文件缓存位置用于保存文件，此步骤有利于用户查看或调用结果文件；所述有限元分析软件可执行文件安装路径用于在提交模块确认进行自动有限元分析后，系统自动调用此有限元分析软件，以自动完成有限元分析；系统自动将用户选择的配置信息保存到配置文件中，当用户重启自动有限元分析系统时，系统自动加载配置文件中的配置信息，从而减少用户重复对配置模块进行操作，提高效率；

所述几何参数子模块202用于选择自动有限元分析过程中所需几何参数和特征，并将选择的几何参数和特征保存为信息，传送至数据库40；

请参照图4，所述几何参数子模块202具体包括分析体选项块2021、螺栓选项块2022、弹簧选项块2023、约束选项块2024和关联加载选项块2025：

所述分析体选项块2021用于选择需要进行分析的几何体，同时选择几何体材料，输入有限元分析生成的网格大小，并将选择的参数传送至数据库40；

例如，所需要分析的几何体为副车架模型，材料为铸铁，网格大小为3mm，则最后生成的副车架有限元模型网格大小为3mm(特征面比较小的位置网格较小，具体大小由网格质量控制算法决定)，所附的材料属性为铸铁。

所述螺栓选项块2022用于选择有限元分析时建螺栓的位置信息和几何特征信息(通过选择螺栓上下法兰面来确定)，并将选择的参数传送至数据库；其中选择完螺栓后，会自动生成箭头示意图用来表示所建螺栓位置和螺栓方向，当进行有限元分析时，该箭头示意图会自动删除。

所述弹簧选项块2023用于选择有限元分析时建弹簧的位置信息，并将选择的参数信息传送至数据库，此模块为可选模块，若分析过程不需要建弹簧，则此子模块可不选。

所述约束选项块2024用于选择有限元分析时加约束的位置信息和所加约束类型，并将选择的参数信息传送至数据库。

所述关联加载选项块2025用于选择有限元分析时建关联和施加加载的位置信息(加载点、加载面和对应的加载编号)，并将选择的参数信息传送至数据库；

除分析体选项块、螺栓选项块、弹簧选项块、约束选项块、关联加载选项块所选择的参数外，自动有限元分析程序所需要的其他参数均由几何参数子模块所选参数通过智能算法得到，并传送至自动有限元分析程序。

所述加载子模块203用于读取加载文件中的加载数据，并将此数据与所选几何参数中的加载几何参数和特征对应匹配，保存于数据库40中，然后作为输入参数传送至自动有限元分析控制程序，以控制有限元软件自动完成工况的加载。

加载信息用于控制有限元分析流程中的加载模块自动化，其中，加载信息包括加载数据(工况力、力矩、位移等)和加载几何特征(加载点、加载面等)。加载数据是通过程序自动读取加载文件中的数值获得，而加载几何特征是通过自动cae分析系统页面中的关联加载选项块中选择获得，我们需要将此加载数据与加载几何特征对应匹配，并保存于数据库中，然后作为输入参数传送至自动有限元分析控制程序。比如副车架的强度分析时，要分析其在9种工况下对应的强度，其中，加载点包括控制臂安装右前点、控制臂安装左后点、控制臂安装右后点、转向机左安装点、稳定杆右安装点、中悬置安装点6点，则加载文件包括6个加载点编号和它们对应的9种工况的三向加载力或者力矩数值。系统自动读取加载文件中的加载点编号和对应的加载数值，并保存到数据库，当要进行有限元分析时，系统会将加载文件中的加载点编号和自动cae分析系统页面中的关联加载选项块中输入的加载点编号匹配，然后将匹配到的加载编号对应的加载数据和加载几何特征组合，并传送至有限元分析自动化加载模块脚本，控制有限元分析流程实现加载自动化；

所述提交子模块204用于提交信息，当系统接收到来自此子模块的开始有限元分析命令时，系统将输入参数与自动有限元脚本合并成带有输入参数的自动有限元分析控制程序，输出此控制程序，并通过运行此程序控制有限元软件自动完成有限元分析；

所述展示模块30用于显示自动有限元分析过程，监视分析进度，并显示自动有限元完成后得到的有限元模型，该模块为可选择模块，若不需要监视，则可选择关闭此模块；

其中，所述起始模块10、参数模块20以及展示模块30还用于：对每个独立动作节点均设置异常捕捉机制，在执行流程的过程中，当异常捕捉机制捕捉到异常时，便立即中断流程的执行，并发送警告消息给使用者；即当用户有误操作或者不符合要求的操作时，系统将会报错，并将错误信息返回给用户。

由上述可知，本发明具有如下优点：

1、由于分析过程为一键式，即选完所需参数后，直接点击确定，即可自动完成后续的有限元分析过程、获取分析结果。而不需要进行跟踪操作，因此工作量和所需要花费的时间都大大的缩短，工作效率得到了极大的提高；

2、系统各个操作页面很简单，且页面直接集成在三维软件ug上，设计工程师在三维软件ug上设计完产品后，直接在该三维软件上选择参数，点击确定，即可完成所有的有限元分析，而不需要在有限元软件上操作；

3、所需选择的参数特别少，且为特别简单的设计选项(如：选择螺栓面、加载点、加载面等)，显著地降低了分析难度，因此新手学习起来特别简单；4、改善了设计工程师和有限元工程师的工作对接模式，提高工作效率，缓解有限元工程师压力。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。