[发明专利]用于不可压缩瞬态和稳态NAVIER-STOKES方程的最佳压力投影方法

说明书

本发明涉及用于不可压缩瞬态和稳态NAVIER‑STOKES方程的最佳压力投影方法。本发明的实施例通过首先生成表示真实世界系统的时间相关方程组来模拟真实世界系统，其中所述时间相关方程组具有限定的约束。接下来，使用表示真实世界系统的物理学近似的矩阵，将约束与时间相关方程组解耦合，解耦合生成表示约束的第一方程组和表示真实世界系统的物理学的第二方程组。进而，生成的第一方程组和第二方程组被求解，并且通过使用从第一方程组和第二方程组求解得到的结果生成模拟来自动模拟真实世界系统。

技术领域

本发明的实施例总体上涉及计算机程序和系统领域，特别涉及计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程(CAE)、建模和模拟领域。

背景技术

在市场上提供了许多系统和程序来设计零件或零件组件。这些所谓的CAD系统允许用户构建和操纵对象或对象组件的复杂三维模型。因此，CAD系统使用边或线、在某些情况下使用面来提供建模对象(例如真实世界对象)的表示。线、边、面或多边形可以以各种方式表示，例如非均匀有理基样条(NURBS)。

这些CAD系统管理建模对象的零件或零件的组件，其主要是几何规范。特别地，CAD文件包含生成几何的规范。从几何生成一个表示。规范、几何和表示可以存储在单个CAD文件或多个CAD文件中。CAD系统包括用于将建模对象表示给设计者的图形工具；这些工具专门用于显示复杂对象。例如，组件可以包含数千个零件。

CAD和CAE系统的出现允许对象的广泛的表示可能性。一个这样的表示是有限元分析模型。术语有限元分析模型、有限元模型、有限元网格和网格在这里可互换使用。有限元模型通常表示CAD模型，因此可以表示一个或多个零件或零件的整个组件。有限元模型是称为节点的点的系统，其被互连以形成栅格，称为网格。

诸如CAE模型、有限元模型和计算流体动力学模型等模型可以以这样的方式编程，即模型具有其所表示的一个基础对象或多个基础对象的属性。例如，当以这样的方式编程有限元模型时，它可以用于对其表示的对象执行模拟。例如，可以使用有限元模型来表示车辆的内部空腔、围绕结构的声学流体以及任何数量的真实世界对象，包括例如医疗设备，例如支架。当模型表示对象并被相应地编程时，它可以用于模拟真实世界对象本身。例如，可以使用表示支架的有限元模型来模拟支架在现实生活医疗环境中的使用。

虽然存在用于执行真实世界系统的模拟的方法，但是这些现有方法可以从功能中受益以提高效率。

发明内容

本发明的实施例提供了一种用于模拟真实世界系统的计算机实现的方法。在这样的实施例中，通过使用一个或多个计算机处理器，首先生成表示真实世界系统并具有限定的约束的时间相关方程组。接下来，使用表示真实世界系统的物理学近似的矩阵，从时间相关方程组解耦约束，使得生成表示约束的第一方程组和表示真实世界系统的物理学的第二方程组。进而，生成的第一方程组和第二方程组被自动求解，并通过使用从求解所生成的第一方程组和第二方程组得到的结果生成对真实世界系统的模拟来自动模拟真实世界系统。根据实施例，对所生成的第一方程组和所生成的第二方程组执行求解，而无需确定表示真实世界系统的物理近似的矩阵的逆。

在本发明的实施例中，模拟是计算流体动力学(CFD)模拟。此外，根据实施例，CFD模拟是稳态模拟或瞬态模拟。根据本发明的实施例，约束是真实世界系统的流体的不可压缩性。本发明的替代实施例还包括使用模拟结果改进真实世界系统的设计。

在另一个实施例中，所生成的时间相关方程组是Navier-Stokes方程。此外，在一个实施例中，表示真实世界系统的物理学近似的矩阵与表示约束的矩阵可交换(commute)。根据另一实施例，真实世界系统的物理学是运动。