[发明专利]用于执行设计敏感度分析的方法和系统

说明书

技术领域

本发明总的涉及计算机辅助工程设计优化，更具体地说，涉及用于执行产品的设计敏感度分析的方法和系统。

背景技术

如今，计算机辅助工程(CAE)已经被用于在许多任务(例如，分析、模拟、设计、制造等)中支持工程师。在传统的工程设计程序中，CAE分析(例如有限元分析(FEA)、有限差分分析、无网格分析、计算流体动态(CFD)分析、用于减少噪声-振动-声振粗糙度(NVH)的模态分析，等)已经被用于评估响应(例如，应力、位移等)。使用汽车设计作为例子，使用FEA分析汽车的特殊版本或设计，以获得由于某些负荷条件而产生的响应。接下来工程师将会通过基于特定的目标和约束条件修改某些参数或者设计变量(例如，钢壳的厚度、框架的位置等)来试图改善汽车设计。另一种FEA被执行以反映这些改变直至已经完成“最佳”设计。但是，这种方法通常取决于工程师的知识或者基于逐步逼近的方法。为了解决这个问题，使用了系统性的方法(被称为设计优化)来识别“最佳”设计。

传统上，采用计算机系统来执行设计优化，且设计优化通常被分为三类，尺寸、形状和拓扑。拓扑优化最适于创建最佳的概念设计，其中用户(也就是，工程师、设计者等)不必像工程产品的形状和/或尺寸那样放入太多的约束条件。另外，设计敏感度分析(DSA)同设计优化一起执行以确保采用CAE可预知“最佳”设计。有许多与在汽车碰撞模拟中使用显式求解器相关的问题。现代的实践使用大量的有限元(例如，1,000,000以上的单元)来建模汽车。因此，这样的FEA模型的时间推进模拟要求整夜运行多处理器计算机系统。这使得仅采用显式FEA求解器在时间推进模拟中执行DSA变成不实际的。一个解决方案是使用具有隐式求解器的等效模型结合具有显式求解器的原始模型来执行DSA。但是，这不仅需要太多的成本来研发用于隐式和显式求解器两者的敏感度分析方法，并且研发隐式分析的等效模型给用户带来了额外的高成本。因此，期望有一种改进的执行产品的设计敏感度分析的方法和系统，采用对于在时间推进模拟中的期望周期的显式和隐式求解方案都是有效的单个方法论。这样的方法没有研发除隐式方案外的显式方案的敏感度分析的成本，也没有研发除显式分析模型外的等效隐式分析模型的成本。

发明内容

这部分用于总结本发明的一些方面，并简略地介绍一些优选的实施例。可以在这部分、以及此处的摘要和标题中做出简化或省略，以避免使这部分的目的不清楚。这样的简化或省略不用于限制本发明的范围。

本发明公开了一种用于基于从时间推进模拟获得的模拟结构行为来执行产品的设计敏感度分析的方法和系统。根据本发明的一方面，创建表示产品的FEA模型，并在计算机系统中接收所述FEA模型，在所述计算机系统上安装有FEA应用模块。所述FEA应用模块被配置为使用显式和隐式求解方案，且允许FEA模型在所述显式和隐式求解方案之间来回切换。所述FEA模型包括由多个有限元连接的多个节点。接下来通过使用计算机系统中的采用显式求解方案的FEA模型执行时间推进模拟，获得数值模拟的结构行为。所述时间推进模拟包括时间上的多个求解周期。接下来通过使用采用隐式求解方案的相同FEA模型在各预定的求解周期执行一个或多个快照(snapshot)结构分析，来执行设计敏感度分析。每一快照结构分析都基于在对应的预定求解周期获得的模拟结构行为。DSA包括感兴趣的结构响应相对所选择的设计变量的一个或多个偏导数。DSA的结果被用于改进待优化设计的产品。

根据以下结合附图的对实施例的详细描述，本发明的目的、特征和优点将会变得明显。

附图说明

参照以下的描述、后附的权利要求和附图，将会更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点，其中：

图1是根据本发明的实施例的基于从时间推进模拟获得的模拟结构行为执行产品的设计敏感度分析的示范性过程的流程图；

图2是汽车碰撞模拟(产品的时间推进模拟)的图形结果的示意图。

图3A是根据本发明的实施例的在时间推进模拟中获得的示范性响应对比时间的示意图；

图3B是根据本发明的实施例的在设计敏感度分析中获得的示范性响应对比设计变量的示意图；

图4是根据本发明的一个实施例的待优化的示范性部件(也就是膝垫)的初始配置的示意图；

图5是根据本发明的实施例的使用设计敏感度分析的示范性部件的最佳配置的示意图；

图6是示范性的计算设备的主要组件的功能框图，本发明的实施例可在该计算设备中实施。

具体实施方式