基于FEA的模具分析系统及方法与流程
本发明属于模具生产技术领域，具体涉及基于fea的模具分析系统及方法。
背景技术：
模具在工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压等方法得到所需产品的各种模子和工具。简而言之，模具是用来制作成型物品的工具。模具的质量直接影响着压力加工工艺的质量、产品的精度产量和生产成本，而模具的质量与使用寿命除了靠合理的结构设计和加工精度外，主要受模具材料和热处理的影响。
常见的模具当中，很多模具要求使用钢材用料。且现有的模具生产方法中，没有对模具特殊位置的钢料进行强度分析，导致很多模具在生产过程中出现局部断裂，擦烧，撞损，变形严重的情况。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明提供基于fea的模具分析系统及方法，利用fea软件对模具的钢料强度进行分析，克服现有技术中模具在生产过程中出现局部断裂，擦烧，撞损，变形严重的缺陷。
第一方面，一种基于fea的模具分析系统，包括导入单元、分析单元和显示单元；
所述导入单元用于接收用户的导入指令，输入待测模具、以及待测模具的模具钢料和待测位置；
所述分析单元用于将所述待测模具导入fea软件中，利用fea软件分析待测模具中待测位置的强度；
所述显示单元用于显示待测模具中待测位置的强度。
优选地，所述导入单元接收用户的导入指令，输入待测位置具体包括：
所述导入单元还预设有检测范围和检测零件；
导入单元还用于检测待测模具中各个位置的厚度，当待测模具中某位置的厚度落入所述检测范围内时，设定该位置为所述待测位置；
导入单元还用于当检测到待测模具中存在与所述检测零件相同的零件时，设定该零件位置为所述待测位置。
优选地，所述待测模具为三维模型；所述导入单元接收用户的导入指令，输入待测位置具体包括：
所述导入单元用于接收用户的设置指令，对所述待测模具进行旋转、放大或缩小，并获取用户在所述待测模具中选择的待测位置。
优选地，所述显示单元用于显示待测模具中待测位置的强度具体包括：
显示单元根据模具钢料中不同的强度设置不同的颜色；
显示单元读取分析单元中得到的所述待测模具中待测位置的强度，根据待测模具中待测位置的强度用对应的颜色填充所述待测模具。
优选地，该系统还包括报告单元；
所述报告单元预设有补救数据库，补救数据库中设有不同模具钢料中不同强度的补救建议；
所述报告单元用于读取所述分析单元得到的待测模具中待测位置的强度，并根据所述待测位置的强度读取补救数据库中对应的补救建议，并根据待测模具中所有的补救建议生成报告。
第二方面，一种基于fea的模具分析方法，包括以下步骤：
导入单元接收用户的导入指令，输入待测模具、以及待测模具的模具钢料和待测位置；
分析单元将所述待测模具导入fea软件中，利用fea软件分析待测模具中待测位置的强度；
显示单元显示待测模具中待测位置的强度。
优选地，所述导入单元接收用户的导入指令，输入待测位置具体包括：
导入单元还预设有检测范围和检测零件；
导入单元检测待测模具中各个位置的厚度，当待测模具中某位置的厚度落入所述检测范围内时，设定该位置为所述待测位置；
导入单元当检测到待测模具中存在与所述检测零件相同的零件时，设定该零件位置为所述待测位置。
优选地，所述待测模具为三维模型；所述导入单元接收用户的导入指令，输入待测位置具体包括：
所述导入单元接收用户的设置指令，对所述待测模具进行旋转、放大或缩小，并获取用户在所述待测模具中选择的待测位置。
优选地，所述显示单元显示待测模具中待测位置的强度具体包括：
显示单元根据模具钢料中不同的强度设置不同的颜色；
显示单元读取分析单元中得到的所述待测模具中待测位置的强度，根据待测模具中待测位置的强度用对应的颜色填充所述待测模具。
优选地，该方法在显示单元显示待测模具中待测位置的强度之后，还包括：
报告单元预设有补救数据库，补救数据库中设有不同模具钢料中不同强度的补救建议；
报告单元读取所述分析单元得到的待测模具中待测位置的强度，并根据所述待测位置的强度读取补救数据库中对应的补救建议，并根据待测模具中所有的补救建议生成报告。
由上述技术方案可知，本发明提供的基于fea的模具分析系统及方法，利用fea软件对模具的钢料强度进行分析，得到模具的整体强度信息，如果模具强度不够时，及时对模具进行补救，提高生产效率，减去模具修改的费用，克服现有技术中模具在生产过程中出现局部断裂，擦烧，撞损，变形严重的缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为实施例一提供的模具分析系统的模块框图。
图2为实施例五提供的模具分析方法的流程图一。
图3为实施例五提供的模具分析方法的流程图二。
图4为实施例五提供的模具分析方法的流程图三。
图5为实施例五提供的模具分析方法的流程图四。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例一：
一种基于fea的模具分析系统，参见图1，包括导入单元、分析单元和显示单元；
所述导入单元用于接收用户的导入指令，输入待测模具、以及待测模具的模具钢料和待测位置；
具体地，待测模具包括汽车模具、电器模具、零件模具等。由于不同的模具钢料其强度要求不同，所以在对模具进行分析时，需要检查待测模具不同模具钢料对应的强度。待测位置为用户关心的位置，例如：最薄弱的位置、最尖锐的位置或承受力最大的位置等。待测位置根据不同的模具会存在不同的变化。
所述分析单元用于将所述待测模具导入fea软件中，利用fea软件分析待测模具中待测位置的强度；
具体地，fea软件可以采用以下方法分析待测模具中待测位置的强度：
a、模型建立：构建待测模具的三维模型，然后再划分网格转换成有限元模型；
b、根据各工况施加边界条件，分析计算各工况下待测模具的实际受力情况，并对在各工况下的待测模具进行有限元分析计算，得出各工况下弯扭组合应力云图；
c、对待测模具的两侧分别施加相反方向的强制位移，进行有限元分析得到待测模具的扭转刚度受力图，然后通过计算能够得到待测模具的扭转刚度；
例如：对车架进行分析时，所述步骤b中，车架的各工况包括静载工况、制动工况、急转弯工况和碰撞工况。对在各工况下车架的弯曲刚度的有限元分析计算结合以下公式来完成：当x≤b时，
1)车架在静载工况下的具体分析过程为：设定cae模型，约束车架前悬置架两侧硬点的所有自由度，约束后悬置架两侧硬点z方向的自由度，将与车手重量和发动机重量相同的力均布载荷施加在车架相应的节点上，然后进行有限元分析计算，得出静载工况下弯扭组合应力云图。
2)车架在制动工况下的具体分析过程为：设定车架满载质量值、动载系数值和纵向加速度作为施加的边界条件，计算得出车架的制动力，根据后轴载荷与满载总质量的百分比计算得出后轴两侧的平均每侧承受的制动力，约束车架前悬置架两侧硬点的所有自由度，约束后悬置架两侧硬点z方向的自由度，在后悬置架两侧硬点施加对应的制动力，将与车手重量、发动机重量、前翼下压力和尾翼下压力相同的力均布载荷施加在车架相应的节点上，然后进行有限元分析计算，得出制动工况下弯扭组合应力云图。
3)车架在急转弯工况下的具体分析过程为：设定车架满载质量值、动载系数值、侧向加速度值和纵向加速度值作为施加的边界条件，计算得出整车的侧向力和纵向力，根据前轴载荷与满载总质量的百分比和后轴载荷与满载总质量的百分比计算得出前轴单侧的侧向力、后轴单侧的侧向力和后轴单侧的纵向力，约束车架前悬置架两侧硬点的x方向和z方向的自由度，约束后悬置架左侧硬点所有的自由度，约束后悬置架右侧硬点z方向的自由度，在前悬置架右侧硬点施加对应的前轴单侧的侧向力，在后悬置架右侧硬点施加对应的后轴单侧的侧向力和后轴单侧的纵向力，将与车手重量、发动机重量、前翼下压力和尾翼下压力相同的力均布载荷施加在车架相应的节点上，然后进行有限元分析计算，得出急转弯工况下弯扭组合应力云图。
4)车架在碰撞工况下的具体分析过程为：设定车架满载质量值和正面碰撞减速度瞬间极限值作为施加的边界条件，计算得出碰撞力，约束车架前悬置架两侧硬点的z方向的自由度，约束后悬置架两侧硬点的x方向和z方向的自由度，在前悬置架两侧硬点施加对应的碰撞力，将与车手重量和发动机重量相同的力均布载荷施加在车架相应的节点上，然后进行有限元分析计算，得出碰撞工况下弯扭组合应力云图。
所述车架扭转刚度的有限元分析包括以下步骤：
a、约束前悬置架硬点的所有自由度，在后悬置架硬点两侧分别于z方向施加相反的强制位移，释放x和y方向的自由度，进行有限元分析得到车架的扭转刚度受力图，然后通过计算得到第一个扭转刚度；
b、约束后悬置架硬点的所有自由度，在前悬置架硬点两侧分别于z方向施加相反的强制位移，释放x和y方向的自由度，进行有限元分析得到车架的扭转刚度受力图，然后通过计算得到第二个扭转刚度；
c、在前悬置架左侧硬点和后悬置架右侧硬点施加固定约束，在前悬置架右侧硬点和后悬置架左侧硬点分别在z方向施加相反的强制位移，释放x和y方向的自由度，进行有限元分析得到车架的扭转刚度受力图，然后通过计算得到第三个扭转刚度；
d、在前悬置架右侧硬点和后悬置架左侧硬点施加固定约束，在前悬置架左侧硬点和后悬置架右侧硬点分别在z方向施加相反的强制位移，释放x和y方向的自由度，进行有限元分析得到车架的扭转刚度受力图，然后通过计算得到第四个扭转刚度。
所述扭转刚度通过以下公式计算得出：θ＝arctan(2/l2),g＝f2l2/θ；式中：θ为车架扭转角，l2为受力处悬架硬点间的平均距离，f2为悬架硬点处的支反力，g为车架扭转刚度。
所述显示单元用于显示待测模具中待测位置的强度。
具体地，对待测模具的强度进行可视化处理，使得用户能够直观地知道待测模具的强度。
该系统利用fea软件对模具的钢料强度进行分析，得到模具的整体强度信息，如果模具强度不够时，及时对模具进行补救，提高生产效率，减去模具修改的费用，克服现有技术中模具在生产过程中出现局部断裂，擦烧，撞损，变形严重的缺陷。
实施例二：
实施例二在实施例一的基础上，增加了待测位置的两种确认方法。
第一种方法，所述导入单元还预设有检测范围和检测零件；
导入单元还用于检测待测模具中各个位置的厚度，当待测模具中某位置的厚度落入所述检测范围内时，设定该位置为所述待测位置；
具体地，由于待测模具中厚度较薄的位置受力最差，所以在测试待测模具的强度时，需要检测厚度较薄的位置的强度。检测范围用于指示需要检测的厚度范围，即当待测模具某位置的厚度较小(落入检测范围内)时，设定该位置为所述待测位置。
导入单元还用于当检测到待测模具中存在与所述检测零件相同的零件时，设定该零件位置为所述待测位置。
具体地，用户还可以设置所有模具上都需要检测的零件，当模具中包含有该零件时，检测该零件的强度。
第二种方法，所述待测模具为三维模型；所述导入单元接收用户的导入指令，输入待测位置具体包括：
所述导入单元用于接收用户的设置指令，对所述待测模具进行旋转、放大或缩小，并获取用户在所述待测模具中选择的待测位置。
具体地，用户还可以自己在待测模具中选择待测位置，用户在对待测模具进行旋转、放大或缩小的过程中，可以手动在待测模具中选择待测位置。
本发明实施例所提供的系统，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述系统实施例中相应内容。
实施例三：
实施例二在实施例一的基础上，增加了以下内容：
所述显示单元用于显示待测模具中待测位置的强度具体包括：
显示单元根据模具钢料中不同的强度设置不同的颜色；
显示单元读取分析单元中得到的所述待测模具中待测位置的强度，根据待测模具中待测位置的强度用对应的颜色填充所述待测模具。
具体地，待测模具中不同的强度用不同颜色和数值区分表示。这样用户能非常直观地看到整个待测模具中各个位置的强度，不同强度的颜色可以按照从浅到深的色系过度，例如强度最差的用显眼的红色显示，强度较好的用浅色显示，这样用户可以一样就能看出整个待测模具中强度最差的位置是哪里，整个待测模具的强度变化。
除此以外，该系统还提供报告功能，该系统还包括报告单元；
所述报告单元预设有补救数据库，补救数据库中设有不同模具钢料中不同强度的补救建议；
所述报告单元用于读取所述分析单元得到的待测模具中待测位置的强度，并根据所述待测位置的强度读取补救数据库中对应的补救建议，并根据待测模具中所有的补救建议生成报告。
具体地，该系统可以根据fea分析选用合适的钢料材质，对局部弱钢料位置作出补救，保证模具的高效率和大批量生产。该方法经过fea分析可以检查到模具硬度与厚度是否达标，对于不达标的地方及时进行补救，提高生产效率，减去模具修改的费用。
本发明实施例所提供的系统，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述系统实施例中相应内容。
实施例四：
实施例四在上述实施例的基础上，还提供了数据查询的功能，即查询待测模具的分析结果。为了保证数据的安全性，只有授权了的合法用户才能进行数据查询。为此，本实施例提供了一种3d人脸识别的授权方法。
该系统还包括授权单元；所述授权单元包括3d摄像头和显示终端；所述显示终端上设有裸眼3d显示屏；
所述3d摄像头用于实时获得人脸3d图像，并传输给所述显示终端；
具体地，人脸3d图像在传统的平面二维信息的基础上，增加了深度信息，使得采集到的人脸图像信息更多，人脸识别更准确。
所述显示终端当接收到用户的注册指令时，将接收到的人脸3d图像定义为标准头像，存入人脸头像数据库中，还用于与该标准头像对应的用户身份信息进行绑定；
具体地，首次使用时，需要进行注册，录入用户的头像信息和身份信息。注册指令可由用户操作显示终端得到，例如，通过显示终端登录注册界面，通过鼠标点击注册界面中注册按键进行注册。注册指令也可由后台管理服务器发出，采集用户的头像信息。显示终端当接收到注册指令时，保存接收的人脸3d图像，用于后期人脸识别时进行对比。同时录入人脸3d图像的用户身份信息，这样当识别出来访人员的人脸图像时，就能第一时间知道用户身份信息。
所述显示终端当接收到请求用户的人脸3d图像，且人脸头像数据库中存在与所述请求用户的人脸3d图像相同的标准头像时，提取并显示该标准头像对应的用户身份信息，定义请求用户为合法用户；
具体地，在人脸识别时，将采集到的请求用户的人脸3d图像与人脸头像数据库进行对比，如果人脸头像数据库中存在相同的标准头像，则提取用户身份信息，用户识别成功，定义请求用户为合法用户。
所述显示终端当接收到请求用户的人脸3d图像，但人脸头像数据库中不存在与所述请求用户的人脸3d图像相同的标准头像时，定义请求用户为非法用户。
具体地，在人脸识别时，如果人脸头像数据库中不存在与请求用户的人脸3d图像相同的标准头像时，说明来访用户不是授权用户，用户识别失败，定义请求用户为非法用户。
该系统获取用户的人脸3d图像，利用3d图像对用户进行人脸识别，在传统的二维图像识别的基础上，引入了深度信息，提高人脸识别的准确度。
本实施例还增加表情识别功能。所述显示终端当接收到用户的注册指令时，将接收到的人脸3d图像定义为标准头像，存入人脸头像数据库中具体包括：
显示终端当接收到用户的注册指令时，通过裸眼3d显示屏显示接收到的人脸3d图像；
显示终端对人脸3d图像进行处理，提取人脸3d图像中人脸轮廓，定义人脸轮廓内的区域为人脸区域；
具体地，由于需要在用户的人脸区域内提取表情，所以为了后续更准确地提取出用户的表情，需要先划出人脸3d图像中人脸轮廓。
显示终端当接收到表情采集指令时，在所述人脸区域内生成采集窗口；还用于接收用户的拖动指令，在所述人脸轮廓内拖动移动；
显示终端当接收到停止采集指令时，将采集窗口内的图像定义为标准表情，将接收到的人脸3d图像定义为标准头像，将标准头像与对应的标准表情进行关联，存入人脸头像数据库中。
具体地，通过采集窗口采集用户的表情。这样，用户可以在人脸识别的基础上增加表情识别，则当识别出用户的人脸后，还需要识别是否与用户注册时的表情一致，例如：再识别出用户的人脸后，还需要识别用户是否眨眼、吐舌头、瞪眼或歪嘴等。这样提高了人脸识别的准确性，即便有不法分子伪造用户的人脸，也不能伪造出用户指定的表情，不能通过人脸识别。
用户使用时，将采集窗口拖动至需要采集的五官位置，例如：用户指定的表情是眨眼，则需要将采集窗口拖动至眼部，覆盖整个眼部，采集眼部表情。用户指定的表情是吐舌头，则需要将采集窗口拖动至口部，覆盖整个口部，采集口部动作。当采集结束后，提取采集窗口内的图像，即为用户指定的表情。将用户指定的表情与人脸信息绑定。
优选地，本实施例还提供下述表情识别的方法。所述显示终端当接收到请求用户的人脸3d图像，且人脸头像数据库中存在与所述请求用户的人脸3d图像相同的标准头像时，提取并显示该标准头像对应的用户身份信息具体包括：
显示终端当接收到请求用户的人脸3d图像，提取人脸3d图像的表情信息；
当人脸头像数据库中存在与所述请求用户的人脸3d图像相同的标准头像时，判断人脸头像数据库中该标准头像关联的标准表情是否与请求用户的人脸3d图像中表情信息相同；
如果相同，提取并显示该标准头像对应的用户身份信息；
如果不相同，提示用户识别失败。
具体地，显示终端当采集到请求用户的人脸3d图像时，首先判断人脸头像数据库中是否存在相同的标准头像；如果不存在，用户识别失败，即人脸头像数据库中没有这个人。如果存在，还需要识别请求用户的人脸3d图像中指定部位的表情是否与标准头像对应的标准表情一致；如果不一致，说明人脸头像数据库中没有这个人；如果一致，用户识别成功。
例如：检测到请求用户的人脸3d图像时，分别提取用户五官的表情，即眼睛、眼睛、眉毛、鼻子和嘴巴。如果标准表情是眼部表情，则判断请求用户的人脸3d图像中眼睛的表情是否与标准表情一致。一致，才说明用户识别成功。
优选地，本实施例还提供下述表情采集的方法。所述显示终端当接收到停止采集指令时，将采集窗口内的图像定义为标准表情具体包括：
显示终端当接收到停止采集指令时，判断采集窗口是否包含整个眼睛、眉毛、鼻子或嘴巴；
如果包含，将采集窗口内的图像定义为标准表情；
如果不包含，提示表情采集失败。
具体地，在采集表情的时候，需要采集窗口全部覆盖待采集的五官，这样才能保证采集到整个五官的表情。所以当停止采集时，首先判断采集窗口是否包含整个眼睛、眉毛、鼻子或嘴巴；如果不是，认为本次采集为无效采集，需要重新采集。
所述表情信息包括眼睛表情信息、眉毛表情信息、鼻子表情信息和嘴巴表情信息。
本发明实施例所提供的系统，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述系统实施例中相应内容。
实施例五：
一种基于fea的模具分析方法，参见图2，包括以下步骤：
s1：导入单元接收用户的导入指令，输入待测模具、以及待测模具的模具钢料和待测位置；
s2：分析单元将所述待测模具导入fea软件中，利用fea软件分析待测模具中待测位置的强度；
s3：显示单元显示待测模具中待测位置的强度。
优选地，参见图3，所述导入单元接收用户的导入指令，输入待测位置具体包括：
s11：导入单元还预设有检测范围和检测零件；
s12：导入单元检测待测模具中各个位置的厚度，当待测模具中某位置的厚度落入所述检测范围内时，设定该位置为所述待测位置；
s13：导入单元当检测到待测模具中存在与所述检测零件相同的零件时，设定该零件位置为所述待测位置。
优选地，所述待测模具为三维模型；所述导入单元接收用户的导入指令，输入待测位置具体包括：
所述导入单元接收用户的设置指令，对所述待测模具进行旋转、放大或缩小，并获取用户在所述待测模具中选择的待测位置。
优选地，参见图4，所述显示单元显示待测模具中待测位置的强度具体包括：
s21：显示单元根据模具钢料中不同的强度设置不同的颜色；
s22：显示单元读取分析单元中得到的所述待测模具中待测位置的强度，根据待测模具中待测位置的强度用对应的颜色填充所述待测模具。
优选地，参见图5，该方法在显示单元显示待测模具中待测位置的强度之后，还包括：
s31：报告单元预设有补救数据库，补救数据库中设有不同模具钢料中不同强度的补救建议；
s32：报告单元读取所述分析单元得到的待测模具中待测位置的强度，并根据所述待测位置的强度读取补救数据库中对应的补救建议，并根据待测模具中所有的补救建议生成报告。
该方法利用fea软件对模具的钢料强度进行分析，得到模具的整体强度信息，如果模具强度不够时，及时对模具进行补救，提高生产效率，减去模具修改的费用，克服现有技术中模具在生产过程中出现局部断裂，擦烧，撞损，变形严重的缺陷。
本发明实施例所提供的方法，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述系统实施例中相应内容。
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，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
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