[發明專利]一種面向運載火箭的流固耦合仿真幾何模型簡化方法

有效

• 申請號: 201711125092.6
• 申請日: 2017-11-14
• 公開（公告）號: CN107784181B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 楊亮;完顏振海;梁磊;聶蓉梅;皮贊;徐嘉;孫樹森;馬蘇宏;肖進;孟超
• 申請（專利權）人: 北京宇航系統工程研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

一種面向運載火箭的流固耦合仿真幾何模型簡化方法，步驟為：1)檢索裝配中所有零部件，剔除外形不合格的部件；2)任選其中一片體為中心，檢索周圍的片體，并與之結合成一個閉合體；3)檢索裝配下所有零部件的要素，選擇幾何特征，通過特征識別選出與之相對應的幾何特征面，對幾何特征面進行屬性標記或刪除；4)選擇幾何特征，完成尺寸閾值設置，將選出的幾何特征的尺寸與尺寸閾值進行比較，剔除不符合要求的幾何特征；5)判斷幾何簡化是否為流體力學專業使用；6)計算零部件的包圍盒，求取裝配體的整體外形，對裝配體整體進行抽殼，即獲得整個裝配的幾何外形；7)選定更新后的裝配，創建空間域，即完成面向流固耦合仿真的幾何簡化工作。

技術領域

本發明涉及航天產品系統仿真技術領域，特別是涉及一種面向運載火箭的流固耦合仿真幾何模型簡化方法。

背景技術

CAD(Computer Aided Design)三維設計軟件和CAE(Computer AidedEngineering)分析仿真軟件是運載火箭設計過程中已經廣泛使用的工具，為實現不同軟件系統間的數據共享，已經開展了一些的集成應用開發，效果改進明顯。但整體來說，從CAD到CAE的設計分析流程不是很流暢。概括來說，CAD模型面向制造過程，模型細節豐富、規模龐大，而CAE模型卻需要適當的簡化和理想化，如何將CAD模型轉化為CAE仿真所需源模型成為數據共享的難點。目前主要依靠重新幾何建模或人工直接簡化的方式實現從CAD到CAE的信息傳遞，難以滿足工程上大規模、多批次的CAE快速仿真分析的需求，并且費時、費力。

運載火箭多物理場仿真而言，涉及到流體、結構等多個專業，涉及到流場、應力應變場、溫度場等復雜的物理場，其仿真分析軟件涉及到Abaqus、ICEMCFD、Fluent等商業軟件。其仿真建模方式與以往單專業仿真有很大不同，在仿真建模時必須要保證流體模型和結構模型的幾何信息一致，二者必須采用統一的CAD數據源，同時還應該對幾何模型進行大量的簡化以提高網格模型的質量和仿真效率。另一方面，針對設計變更和不同飛行任務要求，需要對不同設計方案和使用工況進行仿真分析，因此參數化、規范化、流程化的CAD/CAE一體化建模環境對于開展仿真與分析工作變得非常重要，這就需要針對運載火箭的特點，開展CAD模型簡化方法研究。

目前，三維幾何模型簡化存在的問題主要表現在以下幾個方面：

(1)缺乏統一完整的模型轉換配置流程，支撐多領域CAE仿真建模。

針對運載火箭飛行過程，已經建立了大量的流體、結構和動力學等學科的模型，用于設計分析、驗證與機理研究。這些模型均是針對特定問題研制的，而且絕大部分幾何建模工作都是通過直接建模方式完成的，僅有很少CAE模型是通過CAD模型轉換而來，而且這部分模型的規模較小。在面臨耦合仿真問題時，常常由于CAD源模型不一致，導致建模工作的反復修改；而通過模型轉換方式，一般來說模型轉換的質量與效率均不高，使得模型的適用性非常差。因此，還需從耦合仿真工作角度，建立統一完整的配置環境，提供完善的模型轉換流程，提升建模分析效率。

(2)缺乏適應不同型號與專業的模型轉換模板，支撐快速開展仿真建模分析。

運載火箭CAE仿真分析過程中，通常會根據不同型號、不同專業的需求開展建模工作，由于問題對象復雜，工具與方式均存在較大差異，幾何模型的顆粒度各有不同，不利于耦合仿真分析，存在設計質量風險；不利于復雜問題機理探究和知識創新，減緩多專業深層次方面的發展步伐。從耦合仿真建模配置的角度來說，需要根據不同型號不同專業的需求，定制幾何模型的簡化模板，形成面向耦合仿真的建模模板庫，便于設計師從型號、專業等角度復用歷史經驗與知識信息，提升建模效率與質量，同時利于知識的固化與發展。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對現有技術的不足，提出一種面向運載火箭的流固耦合仿真幾何模型簡化方法，實現運載火箭三維幾何模型的快速簡化，支持運載火箭不同領域CAE模型的適配耦合，提升CAD到CAE的模型配置能力。