一种基于MSC.simxpert对航天运载器进行有限元分析的方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于MSC.simxpert对航天运载器进行有限元分析的方法，建立航天运载器结构的ProE模型，在MSC.simxpert读入所述ProE模型形成simxpert特征模型；根据特征的几何关键字对所述simxpert特征模型中的几何特征进行识别生成simxpert几何模型；基于simxpert几何模型建立有限元模型；所述有限元模型包括实体单元、壳单元和梁单元；根据特征名称中的属性名对所述simxpert特征模型中的材料属性进行识别获得材料属性信息；根据所述材料属性信息从读入的XML文件格式的材料属性库中查找每个几何特征对应的单元属性，并根据查找的单元属性为有限元模型赋属性。本发明通过CAD、CAE有效结合，可有效提高有限元建模与分析的效率。
【专利说明】—种基于MSC.simxpert对航天运载器进行有限元分析的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于结构有限元分析领域,具体涉及一种基于MSC.simxpert (MSC公司)对航天运载器进行有限元分析的方法。
【背景技术】
[0002]新型航天运载器结构不仅载荷复杂，结构复杂，而且大量运用新型材料，所以新型航天运载器结构的设计难度和复杂度都远高于以往的型号，按照以往的“先设计、后分析、再试验”的串行研制流程难以满足新型号结构系统的研制周期要求和结构性能要求，因此，必须在结构设计的同时开展结构分析与优化工作，采用大量的仿真分析来代替试验验证。而制约结构仿真分析速度和效率最主要的工作量是仿真分析模型的建立。以往常规的结构有限元仿真分析模型都是在有限元软件中直接建立，由于有限元软件的前处理建模功能较商用CAD软件的建模功能要差很多，这种直接建模方式不仅建模效率低，而且容易出错，力口上每个人的建模习惯不同，导致模型的通用性不强，并且由于建模过程没有统一的规范，导致在组装联合模型时也经常会出现问题。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是:针对现有结构有限元仿真计算领域，有限元模型建模效率低、模型通用性不强的问题，提出了一种基于MSC.simxpert对航天运载器进行有限元分析的方法，通过CAD、CAE有效结合，可有效提高有限元建模与分析的效率。
[0004]本发明包括如下技术方案:
[0005]—种基于MSC.simxpert对航天运载器进行有限元分析的方法,包括如下步骤:
[0006](I)建立航天运载器结构的ProE模型，所述ProE模型包括曲面特征、曲线特征和实体特征，每个特征名称由几何关键字、尺寸关键字、流水号和属性名组成；
[0007](2)在MSC.simxpert读入所述ProE模型形成simxpert特征模型，读入XML文件格式的材料属性库；
[0008](3)根据特征的几何关键字对所述simxpert特征模型中的几何特征进行识别生成simxpert几何模型,基于simxpert几何模型建立有限元模型；所述有限元模型包括实体单元、壳单元和梁单元；
[0009](4)根据特征名称中的属性名对所述simxpert特征模型中的材料属性进行识别获得材料属性信息；根据所述材料属性信息从读入的XML文件格式的材料属性库中查找每个几何特征对应的单元属性，并根据查找的单元属性为有限元模型赋属性，其中单元属性包括材料、厚度和截面信息；
[0010](5)利用所建立的有限元模型进行有限元分析。
[0011]通过判断特征的几何关键字是否为“V”遍历simxpert特征模型中的所有实体，如果是实体则关联实体曲线，并通过识别实体的尺寸关键字，划分特征实体网格，生成实体单元；通过判断特征的几何关键字是否为“S”遍历simxpert特征模型中的所有曲面，如果是曲面，则寻找曲线所属的特征曲面，关联特征曲面与特征曲线，并通过识别尺寸关键字，划分曲面网格，得到壳单元；通过判断特征的几何关键字是否为“B”遍历simxpert特征模型中的所有曲线，如果是曲线，则将该曲线作为种子线，通过识别尺寸关键字，对该曲线撒种子点，划分特征曲线网格，得到梁单元。
[0012]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0013]本发明结合CAD软件(ProE)与CAE软件(MSC.simxpert)的优点，运用CAD软件强大的建模功能作为有限元软件的前处理，这样不仅提高了建模的效率，还提高了有限元模型的通用性，最终实现航天运载器结构快速、高效研制的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明基于MSC.simxpert对航天运载器进行有限元分析的方法流程图。
[0015]图2为对simxpert特征模型中的几何特征进行识别，并建立有限元模型的流程图。
[0016]图3为基于本方法建立的尾罩PROE模型图。
[0017]图4为基于本方法建立的尾罩有限元模型图。
【具体实施方式】
[0018]下面就结合附图对本发明做进一步介绍。
[0019]如图1所示，本发明的基于MSC.simxpert对航天运载器进行有限元分析的方法，包括如下步骤:
[0020](I)建立航天运载器结构的ProE模型，所述ProE模型包括曲面特征、曲线特征和实体特征。
[0021 ] 为了将ProE模型中的特征被SimXpert模板所识别，需要将ProE模型中的特征按照一定的命名规范进行命名，ProE特征名称由几何关键字、尺寸关键字、流水号、属性名四部分组成，例如:
[0022]I)曲面特征命名为S_XXX_N_###，其中S为几何关键字，表示特征为壳，在有限元模型中将被划分为板壳单元或层合板单元，XXX为该曲面的尺寸关键字，尺寸关键字包含该曲面有限元模型的网格尺寸#为曲面的流水号，用以在ProE模型中区别具有相同属性名的不同曲面(在ProE中不同的特征不能重名)；###为该曲面的属性名，只要属性名相同的曲面在CAE模型中都具有相同的属性。例如:一个曲面特征命名为:S_FS100_E14_SP-JC5，表示该特征为曲面，网格尺寸为100，流水号为E14，属性名为SP-JC5。
[0023]2)对于模型中曲线特征，将要被划分为梁单元的曲线特征命名为B_XXX_N_###，其中B为几何关键字，表示该特征为梁，在有限元模型中将被确定为梁单元；XXX为该曲线的尺寸关键字，尺寸关键字包含该曲线有限元模型的网格数量；N SProE流水号，用以在ProE模型中区别具有相同属性名的不同曲线(在ProE中不同的特征不能重名);###为该曲线的属性名。例如，一个曲线特征的命名为:B_FN20_kl3_BP-kg，表示该特征为曲线，该曲线上的网格数为20，流水号为kl3，属性名为BP-kg
[0024]3)对于模型中的实体特征，将实体特征命名为V_XXX_N_###，其中V为几何关键字，表示特征为实体，在有限元模型中将被划分为实体单元，XXX为该实体的尺寸关键字，尺寸关键字包含该实体有限元模型的网格尺寸；N SPr0E流水号；###为该实体的属性名。例如，一个实体特征的命名为:V_FV30_gl3_VP-dk，表示该特征为实体，该实体上的网格尺寸为30，流水号为gl3，属性名为VP-dk。
[0025](2)在MSC.simxpert读入所述ProE模型形成与之对应的simxpert特征模型，读入XML文件格式的材料属性库。
[0026](3)根据特征的几何关键字对所述simxpert特征模型中的几何特征进行识别生成simxpert几何模型,基于simxpert几何模型建立有限元模型。所述有限元模型包括实体单元、壳单元和梁单元。
[0027]如图2所示,对所述simxpert特征模型中的几何特征进行识别生成simxpert几何模型，并建立有限元模型的步骤如下:
[0028]通过判断特征的几何关键字是否为“V”遍历simxpert特征模型中的所有实体，如果是实体则关联实体曲线，并通过识别实体的尺寸关键字，划分特征实体网格，生成实体单元；通过判断特征的几何关键字是否为“S”遍历simxpert特征模型中的所有曲面，如果是曲面，则寻找曲线所属的特征曲面，关联特征曲面与特征曲线，并通过识别尺寸关键字，划分曲面网格，得到壳单元；通过判断特征的几何关键字是否为“B”遍历simxpert特征模型中的所有曲线，如果是曲线，则将该曲线作为种子线，通过识别尺寸关键字，对该曲线撒种子点，划分特征曲线网格，得到梁单元。
[0029](4)根据特征的属性名对所述simxpert特征模型中的材料属性进行识别获得材料属性信息；根据所述材料属性信息从读入的XML文件格式的材料属性库中查找每个几何信息对应的单元属性，并根据查找的每个几何信息对应的单元属性为有限元模型赋属性。其中单元属性包括材料、厚度、和截面信息。
[0030](5)利用所建立的有限元模型进行有限元分析。
[0031]如图3所示为建立的航天运载器尾罩的ProE模型，图4为尾罩的有限元模型。
[0032]本发明未详细介绍的内容属于本领域公知常识。
【权利要求】
1.一种基于MSC.simxpert对航天运载器进行有限元分析的方法,其特征在于,包括如下步骤: (1)建立航天运载器结构的ProE模型,所述ProE模型包括曲面特征、曲线特征和实体特征，每个特征名称由几何关键字、尺寸关键字、流水号和属性名组成； (2)在MSC.simxpert读入所述ProE模型形成simxpert特征模型，读入XML文件格式的材料属性库； (3)根据特征的几何关键字对所述simxpert特征模型中的几何特征进行识别生成simxpert几何模型,基于simxpert几何模型建立有限元模型；所述有限元模型包括实体单元、壳单元和梁单元； (4)根据特征名称中的属性名对所述simxpert特征模型中的材料属性进行识别获得材料属性信息；根据所述材料属性信息从读入的XML文件格式的材料属性库中查找每个几何特征对应的单元属性，并根据查找的单元属性为有限元模型赋属性，其中单元属性包括材料、厚度和截面信息； (5)利用所建立的有限元模型进行有限元分析。
2.根据权利要求1所述的一种基于MSC.simxpert对航天运载器进行有限元分析的方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括如下步骤:通过判断特征的几何关键字是否为“V”遍历simxpert特征模型中的所有实体,如果是实体则关联实体曲线,并通过识别实体的尺寸关键字，划分特征实体网格，生成实体单元；通过判断特征的几何关键字是否为“S”遍历simxpert特征模型中的所有曲面，如果是曲面，则寻找曲线所属的特征曲面，关联特征曲面与特征曲线，并通过识别尺寸关键字，划分曲面网格，得到壳单元；通过判断特征的几何关键字是否为“B”遍历simxpert特征模型中的所有曲线，如果是曲线，则将该曲线作为种子线，通过识别尺寸关键字，对该曲线撒种子点，划分特征曲线网格，得到梁单元。
【文档编号】G06F17/50GK103984827SQ201410217020
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】朱振涛, 王立朋, 王江, 曾杜娟, 章凌, 王斌, 赵博 申请人:北京宇航系统工程研究所, 中国运载火箭技术研究院