车体有限元几何模型前处理建模方法及设备与流程

本发明实施例涉及车体模型制作技术领域，尤其涉及一种车体有限元几何模型前处理建模方法及设备。

背景技术：

随着轨道交通技术的快速发展，铁路客车作为一种快捷和低廉的运输方式，占有的交通运输市场的比例越来越大。而与此同时，铁路客车车体作为铁路车辆的重要承载部件，其安全性和可靠性也日益受到关注，并逐步成为该领域技术研究的关键课题之一。

由于有限元仿真技术具有精度高、成本低、周期短、可重复利用等优点，逐步被应用到铁路客车车体设计安全性和可靠性评估工作的每一个环节。随着计算机技术和有限元仿真技术的快速发展，完全可以依托有限元仿真分析技术对铁路客车车体设计进行大量的仿真分析与优化设计工作。

而对于铁路客车车体来说，其车体类型和车体种类非常繁多，以常用的25型车车体来说，其包含有25B、25G和25T三种车型，每种车型又分为硬座、硬卧、软卧、餐车、发电车、行李车等多种车种，每种车种又根据设计参数的不同结构上又有所差异。而为保证铁路客车的运行安全，每种新设计的车种都需要进行有限元分析，因此，铁路客车车体的仿真分析任务是非常巨大的。

然而，对大多数铁路客车车体的仿真分析任务而言，有限元分析模型都是在车体产品的详细设计完成之后，依据三维实体设计模型结构简化实现的，在设计进行修改或变更时，有限元模型很难得到重复利用，需要重新进行有限元建模。并且，有些铁路客车车体设计还处于二维图纸设计状态，仿真部门需要依据二维图纸手工建成有相应的三维有限元分析模型，需要近一个月的时间，效率低下缓慢，且得到的模型更难重复利用。

有限元仿真分析过程一般包括前处理建模、有限元求解及后处理结果展示等三个步骤。其中，前处理建模就是进行有限元分析模型创建，包含构造有限元分析几何模型，划分有限元网格，施加边界条件等内容，其占整个有限元分析工作量的70～80％，而有限元几何模型的创建又是前处理工作的重点，其又占前处理工作量的70％以上。因此，如何快速、准确、高质量地进行有限元几何模型创建，以及如何提高有限元模型的重用性，一直是有限元仿真分析的研究重点。

现有技术中有两种车体有限元几何模型前处理建模方法。

第一种，是通过将软件建立的三维客车车体实体模型导入有限元分析软件(或有限元前处理软件)中，利用此类软件自带的“抽中面”功能，将三维客车车体实体模型转化为有限元分析前处理几何模型(板壳模型)。具体工作步骤如下：(一)将三维实体模型导入有限元分析软件(或有限元前处理软件)，并修改或删除实体模型中的多余特征；(二)在有限元分析软件(或有限元前处理软件)中对三维实体模型进行抽取中面处理；(三)由于直接抽取的中面模型不完整，需要对直接抽取的中面模型进行大量修复处理，包括中面间的连接处理、中面间的缝合处理、中间件的厚度方向上的重合处理等，最后修复完善成分析所需的有限元前处理几何模型。该种方法是基于已有三维实体模型通过抽中面的技术开展，抽中面时的操作过程非常繁琐、效率缓慢，并需要专业分析人员才可完成；且抽出的中面模型无法直接利用，需要进行大量的修复处理，而修复过程不合理又很容易造成模型修复不当，影响分析精度。

第二种，是在有限元分析软件(或有限元前处理软件)中，通过点、线、面、拉伸、复制、旋转等功能方式，直接进行有限元分析前处理几何模型的创建工作。由于该种方法直接在有限元分析软件(或有限元前处理软件)中建模，其建模过程繁琐，建模效率缓慢，且需要分析人员对三维建模技术有一定的了解；而由于是直接建模，建模过程中缺少相应的位置参考，其所建模型的精度也不能保证。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种车体有限元几何模型前处理建模方法及设备，可以快速生成相应改型产品的车体几何模型，缩短车体有限元几何建模工作周期，提高铁路客车车体有限元几何模型的重用性和前处理效率。

本发明实施例提供一种车体有限元几何模型前处理建模方法，包括：

建立车体结构模板数据库，所述车体结构模板数据库用于存储多个底架结构模板、多个侧墙结构模板、多个端墙结构模板和多个车顶结构模板；

分别获取用户根据所述车体结构模板数据库选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板；

获取用户输入的模块技术参数，所述模块技术参数用于确定用户所选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板的技术参数，所述技术参数至少包括长、宽和高；

根据用户所选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板和用户所输入的模块技术参数生成车体有限元几何模型前处理建模。

在一种可能的设计中，在根据用户所选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板和用户所输入的模块技术参数生成车体有限元几何模型前处理建模之后，还包括：

获取用户所选择的目标模板、用户输入的目标模板技术参数以及生成的目标车体有限元几何模型前处理建模；

建立并存储所述目标模板、所述目标模板技术参数与所述目标车体有限元几何模型前处理建模的对应关系并存储所述对应关系；

其中，所述目标模板包括底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板。

在一种可能的设计中，在根据用户所选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板和用户所输入的模块技术参数生成车体有限元几何模型前处理建模之前，还包括：

判断用户所选择的当前模板是否存在于与已存储的对应关系中；

若是，则根据所述对应关系匹配出与所述当前模板相应的车体有限元几何模型前处理建模。

在一种可能的设计中，所述建立车体结构模板数据库，包括：

分别建立底架结构模板数据库、侧墙结构模板数据库、端墙结构模板数据库和车顶结构模板数据库；其中，

所述底架结构模板数据库用于存储所述多个底架结构模板，以供用户从所述底架结构模板数据库中选择底架结构模板；

所述侧墙结构模板数据库用于存储所述多个侧墙结构模板，以供用户从所述侧墙结构模板数据库中选择侧墙结构模板；

所述端墙结构模板数据库用于存储所述多个端墙结构模板，以供用户从所述端墙结构模板数据库中选择端墙结构模板；

所述车顶结构模板数据库用于存储所述多个车顶结构模板，以供用户从所述车顶结构模板数据库中选择车顶结构模板。

在一种可能的设计中，所述分别获取用户根据所述车体结构模板数据库选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板，包括：

依次向用户显示底架结构模板选择界面、侧墙结构模板选择界面、端墙结构模板选择界面、车顶结构模板选择界面；

根据用户选择结果获取底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板。

本发明实施例还提供一种车体有限元几何模型前处理建模设备，包括：

车体结构模板数据库，所述车体结构模板数据库用于存储多个底架结构模板、多个侧墙结构模板、多个端墙结构模板和多个车顶结构模板；

获取模块，用于分别获取用户根据所述车体结构模板数据库选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板；

获取模块，还用于获取用户输入的模块技术参数，所述模块技术参数用于确定用户所选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板的技术参数，所述技术参数至少包括长、宽和高；

生成模块，用于根据用户所选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板和用户所输入的模块技术参数生成车体有限元几何模型前处理建模。

在一种可能的设计中，所述生成模块，还用于获取用户所选择的目标模板、用户输入的目标模板技术参数以及生成的目标车体有限元几何模型前处理建模；

建立并存储所述目标模板、所述目标模板技术参数与所述目标车体有限元几何模型前处理建模的对应关系并存储所述对应关系；

其中，所述目标模板包括底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板。

在一种可能的设计中，所述生成模块，还用于判断用户所选择的当前模板是否存在于与已存储的对应关系中；

若是，则根据所述对应关系匹配出与所述当前模板相应的车体有限元几何模型前处理建模。

在一种可能的设计中，所述车体结构模板数据库包括：底架结构模板数据库、侧墙结构模板数据库、端墙结构模板数据库和车顶结构模板数据库；其中，

所述底架结构模板数据库用于存储所述多个底架结构模板，以供用户从所述底架结构模板数据库中选择底架结构模板；

所述侧墙结构模板数据库用于存储所述多个侧墙结构模板，以供用户从所述侧墙结构模板数据库中选择侧墙结构模板；

所述端墙结构模板数据库用于存储所述多个端墙结构模板，以供用户从所述端墙结构模板数据库中选择端墙结构模板；

所述车顶结构模板数据库用于存储所述多个车顶结构模板，以供用户从所述车顶结构模板数据库中选择车顶结构模板。

在一种可能的设计中，所述获取模块，具体用于依次向用户显示底架结构模板选择界面、侧墙结构模板选择界面、端墙结构模板选择界面、车顶结构模板选择界面；

所述获取模块，还具体用于根据用户选择结果获取底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板。

本发明实施例提供的车体有限元几何模型前处理建模方法及设备，利用预先建立的车体结构模板数据库，可以将通用的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板全部存至该车体结构模板数据库中，由用户根据实际需要，从车体结构模板数据库中选择相应的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板；待用户输入模块技术参数后，已选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板以该模块技术参数为基准进行修改绘制，将已修改的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板进行拼接并最终生成车体有限元几何模型前处理建模。从而实现了快速生成相应改型产品的车体几何模型，缩短车体有限元几何建模工作周期，提高铁路客车车体有限元几何模型的重用性和前处理效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一中的车体有限元几何模型前处理建模方法；

图2为本发明实施例二中的车体有限元几何模型前处理建模方法；

图3为本发明实施例三中的车体有限元几何模型前处理建模方法。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1为本发明实施例一中的车体有限元几何模型前处理建模方法，如图1所示，本实施例的车体有限元几何模型前处理建模方法，包括：

S101、建立车体结构模板数据库，所述车体结构模板数据库用于存储多个底架结构模板、多个侧墙结构模板、多个端墙结构模板和多个车顶结构模板；

S102、分别获取用户根据所述车体结构模板数据库选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板；

S103、获取用户输入的模块技术参数，所述模块技术参数用于确定用户所选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板的技术参数，所述技术参数至少包括长、宽和高；

S104、根据用户所选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板和用户所输入的模块技术参数生成车体有限元几何模型前处理建模。

通过上述内容不难理解，本发明实施例提供的车体有限元几何模型前处理建模方法及设备，利用预先建立的车体结构模板数据库，可以将通用的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板全部存至该车体结构模板数据库中，由用户根据实际需要，从车体结构模板数据库中选择相应的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板；待用户输入模块技术参数后，已选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板以该模块技术参数为基准进行修改绘制，将已修改的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板进行拼接并最终生成车体有限元几何模型前处理建模。从而实现了快速生成相应改型产品的车体几何模型，缩短车体有限元几何建模工作周期，提高铁路客车车体有限元几何模型的重用性和前处理效率。

图2为本发明实施例二中的车体有限元几何模型前处理建模方法，如图2所示，本实施例的车体有限元几何模型前处理建模方法，包括：

S201、建立车体结构模板数据库，所述车体结构模板数据库用于存储多个底架结构模板、多个侧墙结构模板、多个端墙结构模板和多个车顶结构模板；

S202、分别获取用户根据所述车体结构模板数据库选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板；

S203、获取用户输入的模块技术参数，所述模块技术参数用于确定用户所选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板的技术参数，所述技术参数至少包括长、宽和高；

S204、根据用户所选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板和用户所输入的模块技术参数生成车体有限元几何模型前处理建模。

S205、获取用户所选择的目标模板、用户输入的目标模板技术参数以及生成的目标车体有限元几何模型前处理建模；

S206、建立并存储所述目标模板、所述目标模板技术参数与所述目标车体有限元几何模型前处理建模的对应关系并存储所述对应关系；

其中，所述目标模板包括底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板。

图3为本发明实施例三中的车体有限元几何模型前处理建模方法，如图3所示，本实施例的车体有限元几何模型前处理建模方法，包括：

S301、建立车体结构模板数据库，所述车体结构模板数据库用于存储多个底架结构模板、多个侧墙结构模板、多个端墙结构模板和多个车顶结构模板；

S302、分别获取用户根据所述车体结构模板数据库选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板；

S303、获取用户输入的模块技术参数，所述模块技术参数用于确定用户所选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板的技术参数，所述技术参数至少包括长、宽和高；

S304、判断用户所选择的当前模板是否存在于与已存储的对应关系中；

若是，则根据所述对应关系匹配出与所述当前模板相应的车体有限元几何模型前处理建模。

若否，根据用户所选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板和用户所输入的模块技术参数生成车体有限元几何模型前处理建模。

可选地，所述建立车体结构模板数据库，包括：

分别建立底架结构模板数据库、侧墙结构模板数据库、端墙结构模板数据库和车顶结构模板数据库；其中，

所述底架结构模板数据库用于存储所述多个底架结构模板，以供用户从所述底架结构模板数据库中选择底架结构模板；

所述侧墙结构模板数据库用于存储所述多个侧墙结构模板，以供用户从所述侧墙结构模板数据库中选择侧墙结构模板；

所述端墙结构模板数据库用于存储所述多个端墙结构模板，以供用户从所述端墙结构模板数据库中选择端墙结构模板；

所述车顶结构模板数据库用于存储所述多个车顶结构模板，以供用户从所述车顶结构模板数据库中选择车顶结构模板。

可选地，所述分别获取用户根据所述车体结构模板数据库选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板，包括：

依次向用户显示底架结构模板选择界面、侧墙结构模板选择界面、端墙结构模板选择界面、车顶结构模板选择界面；

根据用户选择结果获取底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板。

本发明另一实施例还提供一种车体有限元几何模型前处理建模设备，包括：

车体结构模板数据库，所述车体结构模板数据库用于存储多个底架结构模板、多个侧墙结构模板、多个端墙结构模板和多个车顶结构模板；

获取模块，用于分别获取用户根据所述车体结构模板数据库选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板；

获取模块，还用于获取用户输入的模块技术参数，所述模块技术参数用于确定用户所选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板的技术参数，所述技术参数至少包括长、宽和高；

生成模块，用于根据用户所选择的底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板和用户所输入的模块技术参数生成车体有限元几何模型前处理建模。

可选地，所述生成模块，还用于获取用户所选择的目标模板、用户输入的目标模板技术参数以及生成的目标车体有限元几何模型前处理建模；

建立并存储所述目标模板、所述目标模板技术参数与所述目标车体有限元几何模型前处理建模的对应关系并存储所述对应关系；

其中，所述目标模板包括底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板。

可选地，所述生成模块，还用于判断用户所选择的当前模板是否存在于与已存储的对应关系中；

若是，则根据所述对应关系匹配出与所述当前模板相应的车体有限元几何模型前处理建模。

可选地，所述车体结构模板数据库包括：底架结构模板数据库、侧墙结构模板数据库、端墙结构模板数据库和车顶结构模板数据库；其中，

所述底架结构模板数据库用于存储所述多个底架结构模板，以供用户从所述底架结构模板数据库中选择底架结构模板；

所述侧墙结构模板数据库用于存储所述多个侧墙结构模板，以供用户从所述侧墙结构模板数据库中选择侧墙结构模板；

所述端墙结构模板数据库用于存储所述多个端墙结构模板，以供用户从所述端墙结构模板数据库中选择端墙结构模板；

所述车顶结构模板数据库用于存储所述多个车顶结构模板，以供用户从所述车顶结构模板数据库中选择车顶结构模板。

可选地，所述获取模块，具体用于依次向用户显示底架结构模板选择界面、侧墙结构模板选择界面、端墙结构模板选择界面、车顶结构模板选择界面；

所述获取模块，还具体用于根据用户选择结果获取底架结构模板、侧墙结构模板、端墙结构模板和车顶结构模板。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(英文：processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。