一种天线罩参数化及强度快速分析仿真系统

技术领域

本发明涉及天线罩设计领域，尤其涉及一种天线罩参数化及强度快速分析仿真系统。

背景技术

随着计算技术和计算机的快速发展，有限元软件的发展亦非常迅速，功能日渐强大。目前国际上被广泛采用的通用有限元软件有ANSYS、MSC、ABAQUS等。利用商业软件进行计算现在已是科学研究中的一项重要手段。由于工程问题的千差万别，不同的用户有不同的专业背景和发展方向，通用软件不免在具体的专业方面有所欠缺。针对这些不足，大部分的通用软件都提供了二次开发功能，以帮助用户减少重复性的编程工作、提高开发起点、缩短研发周期、降低开发成本，并能简化后期维护工作，给用户带来很多方便。由此，基于通用软件平台进行开发，是目前研究的一个重要发展方向。

然而目前，天线罩的设计人员很难同时兼顾结构静力学、动力学和温度场的有限元建模、分析和优化、材料选型以及结构定型等，所以本领域亟需开发一款可以快速设计迭代天线罩结构强度的仿真软件。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何实现模型的参数化建模、强度分析以及快速迭代优化模型结构，减少重复性工作，提高设计开发和型号确定的效率，缩短开发周期，降低开发成本。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种天线罩参数化及强度快速分析仿真系统，其包括：模型输入模块、材料物性参数模块、网格划分模块、载荷加载模块、边界条件设置模块、求解模块、优化模块以及后处理模块，其中，

所述模型输入模块用于根据用户需求，进行模型的建立；

所述材料物性参数模块用于根据用户对天线罩材料的不同选择，定义各种材料参数，并提供默认的材料参数，供用户调试；

所述网格划分模块用于根据输入的要求，进行有限元网格的划分，并保证网格质量，确保后续强度分析和优化设计的顺利进行；

所述载荷加载模块用于根据实际工况，选择不同的区域，施加温度场、静态和动态载荷；

所述边界条件设置模块用于根据具体的应用场景，施加相应的边界条件，确保计算的顺利进行；

所述求解模块用于提交abaqus运算；

所述优化模块用于根据优化设计的需要，调用isight优化软件来进行设计方案的优化；

所述后处理模块用于调取计算结果，分析重点区域的应力和变形；

所述模型输入模块、材料物性参数模块、网格划分模块、载荷加载模块、边界条件设置模块、求解模块、优化模块以及后处理模块均通过单独的插件实现该模块相应的功能需求。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

优选地，所述模型输入模块支持采用解析法创建模型，包括但不限于：球多锥外形；球头+卡门曲线段+多锥外形；球头+幂次曲线+多锥外形；球头+过渡圆弧+多锥外形；离散点坐标；非圆截面外形。

优选地，所述模型输入模块还支持三维模型直接导入功能，格式为通用商用三维模型格式。

优选地，所述材料物性参数模块中设有材料物性库，材料包括但不限于：纯陶瓷材料、纤维增强陶瓷基复合材料、纤维增强树脂基复合材料、金属材料和粘接胶。

优选地，所述网格划分模块具备自动划分结构化网格的能力，能够对主罩体、连接环、胶层和销钉进行分块建模，网格密度可控；主罩体可以按层分组，材料属性可按层分别进行定义。

优选地，所述载荷加载模块按照规定的数据格式，完成三维气动力、惯性过载和三维温度载荷加载，具备静态加载和瞬态加载功能，能够对任意积分点求解结构合力。

优选地，所述边界条件设置模块能够自动实现天线罩结构边界条件加载，所述边界条件包括但不限于位移约束、接触对设置。

优选地，所述求解模块可自动配置缺省求解器，用户可以查看求解器设置，也可以手动配置低级别的设定。

优选地，所述优化模块可以优化销钉数量、分布、直径等参数，可以优化天线罩厚度、内型面曲线参数等，支持常见优化算法，包括单目标/多目标函数优化功能，可自定义优化变量、目标函数。

优选地，所述后处理模块具备可视化处理能力，提供绘图类型包括：表面、切片、等值面、截面、箭头、及流线图；数据可视化可通过输入未知场变量的数学表达式来扩展到复合物理量。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

1、于天线罩的参数化建模部分，本发明能够根据用户提供的相关参数建立模型，定义相关材料并赋予给模型，划分网格，进行定义并施加相关载荷和边界条件，简化建模过程，降低建模难度；

2、于天线罩的强度分析部分，本发明根据用户的设置来配置求解器，展示仿真分析结果，具有可视化后处理能力，且能根据用户需求设置展示结果云图等；

3、于天线罩结构优化部分，本发明可根据用户自定义的优化变量以及目标函数得到优化的模型结构；

综上所述，本发明提供了一款基于商用软件ABAQUS二次开发设计出的、能够实现天线罩结构强度快速设计迭代功能的仿真软件，其通过参数化建模，在确保设计可靠的同时，可以大大提升技术人员的设计效率，从诸多设计方案中，选择最优的方案。

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为本发明的天线罩参数化及强度快速分析仿真系统的结构示意图；

图2为本发明中的ABAQUS插件开发的总体思路图；

在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：

100-模型输入模块；200-材料物性参数模块；300-网格划分模块；

400-载荷加载模块；500-边界条件设置模块；600-求解模块；

700-优化模块；800-后处理模块。

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。

请参照图1所示，其为本发明的天线罩参数化及强度快速分析仿真系统的结构示意图。所述天线罩参数化及强度快速分析仿真系统包括：模型输入模块100、材料物性参数模块200、网格划分模块300、载荷加载模块400、边界条件设置模块500、求解模块600、优化模块700以及后处理模块800，其中，

所述模型输入模块100用于根据用户需求，进行模型的建立；

具体地，本发明中的模型输入模块支持采用解析法创建模型，包括：(1)球多锥外形；(2)球头+卡门曲线段+多锥外形；(3)球头+幂次曲线+多锥外形；(4)球头+过渡圆弧+多锥外形；(5)离散点坐标；(6)非圆截面外形；

本发明中的模型输入模块还支持三维模型直接导入功能，格式为通用商用三维模型格式，如iges/prt等；

所述材料物性参数模块200用于根据用户对天线罩材料的不同选择，定义各种材料参数，并提供默认的材料参数，供用户调试；

具体地，本发明中的材料物性参数模块中设有材料物性库，其中包括六大类材料：纯陶瓷材料、纤维增强陶瓷基复合材料、纤维增强树脂基复合材料、金属材料和粘接胶；还具备模拟/定义各向同性、正交各向异性、断裂、脆性等材料本构能力；

所述网格划分模块300用于根据输入的要求，进行有限元网格的划分，并保证网格质量，确保后续强度分析和优化设计的顺利进行；

具体地，本发明中的网格划分模块具备自动划分结构化网格的能力，能够对主罩体、连接环、胶层和销钉进行分块建模，网格密度可控；主罩体可以按层分组，材料属性可按层分别进行定义；

所述载荷加载模块400用于根据实际工况，选择不同的区域，施加温度场、静态和动态载荷；

具体地，本发明中的载荷加载模块按照规定的数据格式，完成三维气动力、惯性过载和三维温度载荷加载，具备静态加载和瞬态加载功能，能够对任意积分点求解结构合力；

所述边界条件设置模块500用于根据具体的应用场景，施加相应的边界条件，确保计算的顺利进行；

具体地，本发明中的边界条件设置模块能够自动实现天线罩结构边界条件加载，所述边界条件包括但不限于位移约束、接触对设置等；

所述求解模块600用于提交abaqus运算；

具体地，本发明中的求解模块可自动配置缺省求解器，用户可以查看求解器设置，也可以手动配置低级别的设定；

所述优化模块700用于根据优化设计的需要，调用isight优化软件来进行设计方案的优化；

具体地，本发明中的优化模块可以优化销钉数量、分布、直径等参数，可以优化天线罩厚度、内型面曲线参数等，支持常见优化算法，包括单目标/多目标函数优化功能，可自定义优化变量、目标函数；

所述后处理模块800用于调取计算结果，分析重点区域的应力和变形；

具体地，本发明中的后处理模块具备可视化处理能力，包括：表面、切片、等值面、截面、箭头、流线图、及其他绘图类型；数据可视化并不仅限于内置的物理量，也可以通过输入未知场变量的数学表达式来扩展到复合物理量。

以上八个模块均通过单独的软件插件实现该模块相应的功能需求。

本发明利用Python语言进行ABAQUS的二次开发以及GUI界面的设计生成各个模块的插件，然后将其整合到一起，形成一个可以实现天线罩结构强度快速设计迭代功能的仿真优化平台。

请参照图2所示，其为本发明中的ABAQUS插件开发的总体思路图，开发思路的步骤大致为：

①首先熟悉开发项目对象的手工软件操作流程，将每一步骤对应的Python命令记录下来；

②然后将其中的参数输入和对象框选等操作通过编程语言来表达；

③再结合ABAQUS的帮助文档，准确了解每一条命令的功能、参数含义、实现效果；

④最终与GUI(输入界面)设计相结合，将用户界面和内核程序通过关键字相关联；

⑤放置到ABAQUS软件对应的插件文件夹下，即可在启动的时候调用插件。

由此，本发明通过通用有限元分析软件ABAQUS二次开发，利用Python编程语言编写各模块插件代码，生成相应插件，然后将其整合成为能够实现天线罩结构强度快速设计迭代的仿真平台，实现建设目标；借助此平台不但实现了天线罩结构快速准确地设计迭代的目的，还大大减少了重复性工作，提高了效率。

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。