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一种服务产业联盟的远程有限元分析方法，包括如下步骤：1）相似产品有限元模板提取；按照产品的结构特征和承力特点，分析特征结构的力学模型、材料属性、网格划分方法和边界条件等，将这些处理过程程序化，进行有限元模板提取，对边界条件类型固定化，分析过程参数化；1.1）边界条件类型固定化；有限元分析利用数学近似的方法对真实物理系统进行模拟，可简化成求解微分方程，而求微分方程需要限定的变量值称为边界条件；在有限元分析当中边界条件分为约束和载荷两类；产业联盟内成员企业相似产品力学模型具有一致性，主要表现为图元类型一致性、约束类型一致性、载荷类型一致性。对产业联盟内成员企业相似产品进行分析处理，归纳边界条件类型，封装成固定的模板即原始有限元模型，储存在服务器端数据库；1.2）分析过程参数化；联盟成员企业相似产品具有一致性也具有差异性，差异性主要表现在几何模型差异性、材料差异性和载荷大小差异性；几何模型差异性又分为尺寸差异性和结构差异性，在CAD系统中建模过程中实现；而材料差异性和载荷差异性在CAE前处理过程中完成；几何模型、材料属性和载荷大小作为有限元分析的输入参数，将这些参数嵌入到命令流文件中，以便自动实现新产品的有限元分析；通过对CAE和CAE系统的二次开发，可对参数的动态修改，实现用户交互操作；2）几何模型构建；根据产品结构的特点，可进行固定结构的产品建模和变型结构的产品建模；对固定结构的产品建模可通过参数化建模和用户自定义建模两种方式实现；而变型结构的产品需要通过用户自定义建模完成；利用CAD系统进行几何模型的构建；3）边界条件标定；将几何模型转化成有限元模型前在几何模型中做必要的标定，通过在几何模型中插入相应的局部坐标系来查找施加边界条件的图元；根据局部坐标系查找图元的具体方法为：先指定图元类型、坐标及尺寸，由于边界条件主要施加在点线面上，可以将图元类型分为点、直线、曲线、平面、柱面和球面等；由于图元类型为点、线、面，不存在质量分布不均的问题，根据图元类型可求出质心坐标；图元尺寸可用长度（线图元）和面积（面图元）进行度量；最后插入局部坐标系。4）有限元模型转换；完成产品的分析计算需要将几何模型转换成有限元模型，将标定了边界条件的几何模型导入到有限元协同环境中的Design Modeler，实现几何模型的共享，并在Design Simulation进行前处理、分析计算和后处理；4.1）Workbench调用；通过操作系统命令执行ANSYS Workbench，还可以实现命令的参数化，以便实现分析自动化，通过下面的命令行实现平台的启动：<installation path>/v140/Framework/bin/<platform>/runwb2；协同平台启动的同时需要指定执行行为，对边界条件相同、结构不同产品的远程有限元分析是在批处理模式下实现分析，有限元分析处理主要通过脚本文件实现；因此指定的行为可总结为：在批处理模式下，运行执行指定的命令流，并在完成命令流执行后关闭控制台窗口，实现此功能的命令行如下：‑B‑R<installation path>/example.wbjn；将启动Workbench和指定操作封装成一个Web Service的方法，供远程调用；4.2）命令流实现；模型转换通过参数化的命令流实现，命令流调用SDK对象实现对Workbench各个模块的操作，Workbench提供的SDK对象是基于COM(Component Object Model)的对象,它可以直接被脚本程序访问；参数化的命令涉及到Workbench的Design Modeler和Design Simulation两个模块。几何模型、材料属性和载荷大小作为有限元分析的输入参数，可根据用户需要对参数修改，实现交互操作；首先打开原始有限元模型，将几何模型导入有限元协同仿真环境；然后根据用户输入的有限元参数设置材料属性和载荷大小，对有限元模型重新划分网格和施加边界条件完成模型转换；5）远程有限元计算；利用命令流对转换后的有限元模型求解并输出结果，根据有限元模板中设定的分析计算方法和步骤对新模型求解，并在Design Simulation环境中调用宏命令将节点应力和位移输出；6）可视化输出；利用WebGL三维可视化技术将分析结果转换成三维图形或图像显示给用户；6.1）数据分类与处理。有限元分析结果的数据可分为几类储存在数据库中，主要的表信息如下：(1)结构基本表：记录有限元模型每个节点的坐标（x,y,z）；(2)单元基本表：记录划分网格的类型，以及每个单元含有的节点编号及排列顺序；(3)应力基本表：记录有限元计算的每个节点的应力值；(4)位移基本表：记录每个节点的变型尺寸；(5)可见点基本表:记录表面可见的所有节点的编号，可见点的标定可通过在原始有限元模型指定图元类型来实现，设定面图元即可选择所有的表面；为了便于将数据从服务器传输到客户端，先将数据库中的数据按照一定方式转换为XML格式。网格划分将实体划分成小的立体结构，WebGL基本构建块是三角形，因此在生成XML格式之前对数据进行预处理，将体数据转化成面数据，将同一面上的数据按照相应的顺序存储为XML文档的子元素，方便在客户端对数据解析。6.2）可视化模型的构造与显示；WebGL提供三种基本图元：点、线、三角形，从3D图形硬件角度来看，三角形是最基本的构建块，因此，将有限元结果模型分解成三角形图元；用户发送请求后，首先从服务器端调用模型显示的网页，然后数据以XML格式传到客户端，浏览器通过对XML的解析得到相应的数据完成三维模型的显示渲染；绘制步骤为：第一步绘制顶点，根据节点坐标(<coor>)画出节点；第二步节点着色，将应力或位移(<stre>)转化为相应的颜色；第三步图元装配，根据单元内的节点排序(<elem>)，连接节点装配成三角形；第四步，光栅化三角形图元片段，将三角形图元连接成体；6.3）结果模型简化；有限元分析每个模型单元个数都是十分庞大的，因此三角形数量也是巨大的；对用户而言，隐藏在模型内部的三角形是不可见的，可以将这些三角形对应的数据剔除掉，从而不对这些三角形进行渲染，大大提高了图形或图像的显示速度；如何判断三角形的可见性是可视化环节的关键，云图三角形可见性判断算法的步骤是：算法循环判断各个单元里的每个节点是否在可见点基本表中，当某个单元的节点的可见点个数少于n（一个面上的节点数）时舍去此单元，当大于n（一个面上的节点数）时，按照各个面上节点的顺序查找节点是否全部在可见点数组中，若有一点不在即跳出对此面节点的查找。7)服务平台实现；根据产业联盟的特点，建立了产业联盟内力学模型一致、结构参数不同的零部件远程有限元分析服务平台，系统采用Browser/Server，浏览器/服务器模式；从结构上将远程有限元服务平台大体可分为终端客户层、服务功能层和数据资源层3个层次；终端客户层，产业联盟成员企业进行有限元分析的信息交互界面；服务功能层，该层是平台的核心部分，将功能划分为几何模型构建模块、命令流文件生成模块、有限元模型转换模块、分析计算模块和结果可视化模块，共5个模块，各个模块通过平台统一调配。数据资源层，数据资源层包括联盟成员企业信息库、几何模板库、有限元模板库、分析结果数据库。 |
