[发明专利]在制造过程中被释放到表面的物体的数值模拟

说明书

数值模拟方法包括：接收制造过程配置规范，该制造过程配置规范用于在预定时间段内以期望的质量流率将各种类型的任意形状的物体从出口区域移动到下部表面上；创建表示下部表面的FEA模型；创建表示各种类型的物体的各个键合离散元模型(BDEM)，每个BDEM包含通过连接键连接的离散元；生成BDEM列表，每个BDEM具有随机选择类型和方向，使得BDEM列表的总质量超过目标总质量；以及在时间推进模拟中获得物体的数值模拟的物理特性。在模拟的每个求解周期，通过基于质量流量和时间步长激活BDEM的下一个相关部分，将相应的物体放置到随机选择的“开放”子区域中；将激活的BDEM从出口区域释放到下部表面。

技术领域

本发明总体涉及计算机辅助机械工程分析，更具体地涉及用于在制造过程中对释放到表面上的各种任意形状的物体进行数值模拟的方法和系统。

背景技术

随着计算机技术的进步，计算机辅助工程(CAE)已经被用于协助工程师/科学家来设计各种行业中的产品。一种首先发展的CAE技术是有限元分析(FEA)，它是在行业中广泛用于建模和求解与复杂系统(例如三维非线性结构设计和分析)相关的工程问题的计算机方法。FEA的名字源于被考虑的物体的几何形状被规定的方式。

有限元分析软件提供了几何形状描述的模型、以及模型(有时候指的是有限元分析网格模型)内的每个点的相关材料特性。在这个模型中，被分析的系统的几何形状由各种尺寸的实体、壳体以及梁表示，它们被称为有限元。有限元的顶点被称为节点。模型包括有限数量的有限元，它们被赋予材料名称，从而将单元与材料属性相关。因此模型表示被分析的物体沿着它周围的环境所占用的物理空间。然后有限元分析软件引用了表格，在表格中每种材料类型的属性(例如，应力-应变构成等式、杨氏模量、泊松比、导热性)都被制成表格。此外，还规定了物体的边界条件(也就是，负荷、物理约束等)。用这种方式，创建物体和它的环境的模型。

另一种技术被称为离散元方法(DEM)或独特元法，其通常用于数值模拟大量粒子的运动。今天，DEM作为解决粒状和不连续材料的工程问题的有效方法而被广泛接受。

现代制造过程通常采用工厂的许多机器实现自动化。例如，可以设计一台机器将食品从料斗/容器中拉出并送入传送机进行进一步处理。为了正确设计这样的示例性机器，需要考虑许多因素，例如食品类型、释放到输送机的食品的数量和速度，以及传送机的特征(例如，角度、类型、速度等等)。许多现有技术方法通常是低效的，例如需要在先的知识，特别的设计等。因此，期望具有改进的系统和方法来数字模拟在制造过程中被释放到接收表面上的各种任意形状的物体。

发明内容

公开了用于在制造过程中对从出口区域移动到下部接收表面上的各种任意形状的物体的移动进行数值模拟的方法和系统。

根据本发明的一方面，一种在制造过程中对从出口区域移动到下部表面上的各种任意形状的物体的移动进行数值模拟的方法。该示例性方法包括：在计算机系统中接收制造过程配置规范，该制造过程配置规范用于在预定时间段内以期望的质量流率将各种类型的任意形状的物体从水平出口区域移动到下部接收表面上，所述规范定义了各种类型的任意形状物体中的每一种的属性，包括形状、尺寸、强度和质量分布，所述规范进一步定义了出口区域的尺寸和形状、以及下部接收表面的特征；创建有限元分析(FEA)模型，该FEA模型表示对应于所定义特征的下部接收表面，所定义特征包括到出口区域的宽度、相对位置和方向；创建表示各种类型的任意形状物体的各个键合离散元模型(BDEM)，每个BDEM包含根据定义的属性通过连接键连接的多个离散元；生成BDEM列表，每个BDEM都具有随机选择的类型和方向，使得BDEM列表的总质量超过从质量流率和预定时间段得到的目标总质量；初始地将所有BDEM列表设置为非激活；将出口区域划分成多个子区域，用于发射(launch)任意形状的物体，每个子区域的尺寸使得BDEM能够无干扰地放置在其中；初始地将所有子区域设置为“开放”状态；以及通过在多个求解周期中执行如下的将BDEM列表从出口区域释放到下部接收表面上的时间推进模拟，来获得任意形状的物体的数值模拟的物理特性：

(a)将模拟时间设置为预定时间段的开始；