[發(fā)明專利]一種基于材料屬性優(yōu)化的仿真網(wǎng)格劃分方法及系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111883216A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薛遼豫;王鋒;李昕;喬津津
• 申請（專利權(quán)）人: 北京電子工程總體研究所
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 付生輝

本發(fā)明公開了一種基于材料屬性優(yōu)化的仿真網(wǎng)格劃分方法及系統(tǒng)，該方法包括以下步驟：獲取結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的熱環(huán)境以及熱輸入特性；根據(jù)熱環(huán)境以及熱輸入特性確定結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的一維熱傳導(dǎo)特定方向；獲取結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的密度、比熱容以及導(dǎo)熱率；定義結(jié)構(gòu)產(chǎn)品發(fā)生尺寸變化的區(qū)域為非基準(zhǔn)尺寸區(qū)域；將非基準(zhǔn)尺寸的區(qū)域沿尺寸變化方向進行體積切割，得到多個特征區(qū)域；對各個特征區(qū)域的尺寸設(shè)置為與基準(zhǔn)尺寸區(qū)域的尺寸大小相同；根據(jù)非基準(zhǔn)尺寸區(qū)域的尺寸變化方向與一維熱傳導(dǎo)方向的相對關(guān)系來對各個特征區(qū)域的材料屬性進行優(yōu)化；按照上述特征區(qū)域的材料屬性優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的幾何體進行網(wǎng)格劃分，有效避免了小尺寸結(jié)構(gòu)特征導(dǎo)致的網(wǎng)格數(shù)量激增與網(wǎng)格質(zhì)量畸變。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料屬性優(yōu)化領(lǐng)域。更具體地，涉及一種基于材料屬性優(yōu)化的仿真網(wǎng)格劃分方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

熱控仿真是一種被普遍應(yīng)用的熱控設(shè)計方法。為確保儀器設(shè)備溫度在不同工況下滿足熱控設(shè)計要求，人們通常使用有限元仿真技術(shù)對儀器設(shè)備在工作過程中進行仿真。儀器設(shè)備工作時熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射的熱通量通常是隨時間變化的，但不同的傳熱方式、不同的時間參數(shù)都施加在網(wǎng)格單元體或網(wǎng)格節(jié)點上，然后再依據(jù)不同的仿真算法進行仿真計算。

因此儀器設(shè)備的熱控仿真是一個基于網(wǎng)格的計算過程。在確保熱控仿真結(jié)果高可靠性的基礎(chǔ)上，一方面需要盡量降低網(wǎng)格單元體數(shù)量，進而有效地提升運算效率；另一方面需要避免畸變網(wǎng)格，進而避免殘差收斂性發(fā)散導(dǎo)致計算無效。

目前，結(jié)構(gòu)特征尺寸變化區(qū)域是以上兩類問題的重點區(qū)域，該類型區(qū)域可劃分為兩種情況：第一種是結(jié)構(gòu)特征尺寸變化方向與主要一維熱傳導(dǎo)方向相同，典型結(jié)構(gòu)為薄殼結(jié)構(gòu)件厚度變化區(qū)域；第二種是結(jié)構(gòu)特征尺寸變化方向與主要一維熱傳導(dǎo)方向垂直，典型結(jié)構(gòu)為設(shè)備支架流/固界面大尺寸差異區(qū)域。下面分別針對兩種典型結(jié)構(gòu)進行技術(shù)介紹。

薄殼結(jié)構(gòu)件主要熱傳導(dǎo)方向為表面垂直方向，即主要通過薄殼結(jié)構(gòu)件兩側(cè)溫度差進行一維熱傳導(dǎo)，常用于設(shè)備包覆外殼和空間流體劃分外殼，前者主要通過熱傳導(dǎo)影響溫度分布，熱載荷施加在固體網(wǎng)格，后者主要通過熱傳導(dǎo)、熱對流影響溫度分布，熱載荷施加在固體、流體網(wǎng)格。薄殼結(jié)構(gòu)件厚度變化區(qū)域通過以下三個方面影響模型網(wǎng)格尺寸：厚度較薄區(qū)域需要更小尺寸網(wǎng)格匹配；受限于網(wǎng)格增長速率，厚度較厚區(qū)域必須以一定速率減小網(wǎng)格尺寸以匹配厚度較小區(qū)域；同理固體附近的流體網(wǎng)格也需要減少自身網(wǎng)格尺寸以匹配變化區(qū)域。三者共同作用導(dǎo)致仿真過程相同幾何體積需要更小的網(wǎng)格尺寸，即更多的網(wǎng)格數(shù)量。

設(shè)備支架流/固界面大尺寸差異區(qū)域，主要傳熱方式為通過設(shè)備支架橫截面垂直方向的溫度差進行一維熱傳導(dǎo)，特備是遍布于流體內(nèi)部的設(shè)備支架。由于設(shè)備支架橫截面與周圍流體存在較大的幾何尺寸差異，從而限制相應(yīng)流體網(wǎng)格尺寸。不同的幾何分布產(chǎn)生不同的網(wǎng)格尺寸影響，特別是設(shè)備支架遍布流體區(qū)域的情況下，流體區(qū)域整體網(wǎng)格尺寸必須降低以確保與不同設(shè)備支架網(wǎng)格匹配，最終導(dǎo)致固體網(wǎng)格數(shù)量穩(wěn)定的情況下，大量增加流體網(wǎng)格數(shù)量。

以上情況極大程度上增加網(wǎng)格數(shù)量從而降低仿真效率。伴隨仿真算法耦合、跨軟件聯(lián)動仿真等專業(yè)趨勢發(fā)展，結(jié)構(gòu)特征尺寸變化區(qū)域是網(wǎng)格奇異點、網(wǎng)格碎片化等重點網(wǎng)格畸變區(qū)域。特別是體網(wǎng)格畸變區(qū)域引發(fā)的殘差發(fā)散問題，即使花費大量人工進行網(wǎng)格修補也難以確保仿真殘差收斂、結(jié)果可靠。

發(fā)明內(nèi)容

為解決背景技術(shù)中所提出的技術(shù)問題中的至少一個，本發(fā)明提供了一種基于材料屬性優(yōu)化的仿真網(wǎng)格劃分方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明第一方面提供一種基于材料屬性優(yōu)化的仿真網(wǎng)格劃分方法，包括以下步驟：

獲取結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的熱環(huán)境以及熱輸入特性；

根據(jù)所述熱環(huán)境以及熱輸入特性確定所述結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的一維熱傳導(dǎo)特定方向；

獲取所述結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的密度、比熱容以及導(dǎo)熱率；

定義所述結(jié)構(gòu)產(chǎn)品發(fā)生尺寸變化的區(qū)域為非基準(zhǔn)尺寸區(qū)域；