(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210947566.X (22)申请日 2022.08.09 (71)申请人 大连理工大 学人工智能大连研究院 地址 116085 辽宁省大连市高新园区高新 技术产业园区火炬路5 6A-22层 申请人 大连理工大 学 (72)发明人 田阔　李红庆　高天贺　黄蕾　 王博　 (74)专利代理 机构 北京高沃 律师事务所 1 1569 专利代理师 万慧华 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) (54)发明名称 一种基于自由变形方法的曲面加筋壳建模 方法及系统 (57)摘要 本发明涉及一种基于自由变形方法的曲面 加筋壳建模 方法及系统。 该方法包括获取简单曲 面加筋壳的有 限元模型的有 限元节点的坐标位 置信息； 确定控制体并设置控制点； 基于基函数， 建立有限元节点的坐标位置信息与控制点的坐 标位置信息的映射关系； 根据目标曲面的几何特 征建立实体模型； 并对实体模型进行网格划分， 确定目标曲面有限元模型； 根据目标曲面有限元 模型的有限元节点的坐标位置信息， 利用自由变 形方法将控制点的坐标位置信息进行移动； 根据 映射关系和移动后的控制点的坐标位置信息， 生 成目标曲面加筋壳有限元模型。 本发 明能够实现 对复杂曲面加筋壳建模的布局优化， 进而缩短设 计周期， 降低设计成本 。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115238392 A 2022.10.25 CN 115238392 A 1.一种基于自由变形 方法的曲面加筋壳建模方法， 其特 征在于， 包括： 建立简单曲面加筋壳的有限元模型， 并获取相应的有限元节点的坐标位置信息； 简单 曲面包括： 平面、 圆柱面和圆环面； 根据简单曲面加筋壳的几何特 征确定控制体； 沿所述控制体的长、 宽、 高三个方向分别设置相应数量的控制点， 并获取控制点的坐标 位置信息； 基于基函数， 建立简单曲面加 筋壳的有限元模型的有限元节点的坐标位置信 息与控制 点的坐标位置信息的映射关系； 根据目标曲面加 筋壳中目标曲面的几何特征建立实体模型； 并对实体模型进行网格划 分， 确定目标曲面有限元模型； 所述 目标曲面有限元模型中的有限元节点与控制体的控制 点数目相同； 根据目标曲面有限元模型的有限元节点的坐标位置信息确定控制体中每个控制点的 坐标改变量， 并根据每个控制点的坐标改变量， 采用自由变形方法， 确定变形后的控制点坐 标位置信息； 根据所述映射关系以及变形后的控制点坐标位置信 息， 确定简单曲面加 筋壳的有限元 模型自由变形后的有限元节点 坐标位置信息， 进 而生成目标曲面加筋壳有限元模型。 2.根据权利要求1所述的一种基于自由变形方法的曲面加筋壳建模方法， 其特征在于， 所述建立简单曲面加筋壳的有限元模型， 并获取相应的有限元节点的坐标位置信息， 具体 包括： 基于CAE平台， 建立简单曲面加筋壳的有限元模型。 3.根据权利要求1所述的一种基于自由变形方法的曲面加筋壳建模方法， 其特征在于， 所述基函数为Bernstei n基函数、 B ‑样条基函数、 NURBS基函数。 4.根据权利要求1所述的一种基于自由变形方法的曲面加筋壳建模方法， 其特征在于， 所述基于基函数， 建立简单曲面加筋壳的有限元模型的有限元节点的坐标位置信息与控制 点的坐标位置信息的映射关系， 具体包括： 利用公式 确定简单曲面加 筋壳的有限元模型的有限元节点的坐标位置信息与控制点的坐标位置信息的映射关系； 其中， Xp为简单曲面加筋壳的有限元模型的有限元节点， xp， yp， zp为简单曲面加筋壳的 有限元模型的有限元节点的坐标位置信息， p＝1， 2， 3， …， N， N为简单 曲面加筋 壳的有限元 模型的有限元节点数目， S为控制体的长， T为控制体的宽， U为控制体的高， l为控制体的长 度方向上设置的控制点的数目， m为控制体的宽度方向上设置的控制点的数目， n为控制体 的高度方向上设置的控制点的数目， i， j， k分别表示沿着控制体的长、 宽、 高的控制点的序 号， i＝1， 2， 3， …， l， j＝1， 2， 3， …， m， k＝1， 2， 3， …， n， Ri为沿长度方向的基 函数， Ri＝Cli(xp/ S)i(1‑(xp/S))l‑i， Rj为沿宽度方向的基函数， Rj＝Cmj(yp/T)j(1‑(yp/T))m‑j， Rk为沿高度方向 的基函数， Rk＝Cnk(zp/U)k(1‑(zp/U))n‑k， Mi,j,k为控制点的坐标位置信息 。 5.一种基于自由变形 方法的曲面加筋壳建模系统， 其特 征在于， 包括： 简单曲面加筋壳的有限元模型建立模块， 用于建立简单曲面加筋壳的有限元模型， 并权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115238392 A 2获取相应的有限元节点的坐标位置信息； 简单曲面包括： 平面、 圆柱面和圆环面； 控制体确定模块， 用于根据简单曲面加筋壳的几何特 征确定控制体； 控制点确定模块， 用于沿所述控制体的长、 宽、 高三个方向分别设置相应数量的控制 点， 并获取控制点的坐标位置信息； 映射关系建立模块， 用于基于基函数， 建立简单曲面加筋壳的有限元模型的有限元节 点的坐标位置信息与控制点的坐标位置信息的映射关系； 目标曲面有限元模型确定模块， 用于根据目标曲面加 筋壳中目标曲面的几何特征建立 实体模型； 并对实体模型进行网格划分， 确定目标曲面有限元模型； 所述目标曲面有限元模 型中的有限元节点与控制体的控制点数目相同； 控制点移动模块， 用于根据目标曲面有限元模型的有限元节点的坐标位置信 息确定控 制体中每个控制点的坐标改变量， 并根据每个控制点的坐标改变量， 采用自由变形方法， 确 定变形后的控制点 坐标位置信息； 目标曲面加 筋壳有限元模型生成模块， 用于根据 所述映射关系以及变形后的控制点坐 标位置信息， 确定简单曲面加筋壳的有限元模型自由变形后的有限元节点坐标位置信息， 进而生成目标曲面加筋壳有限元模型。 6.根据权利要求5所述的一种基于自由变形方法的曲面加筋壳建模系统， 其特征在于， 所述简单曲面加筋壳的有限元模型建立模块具体包括： 简单曲面加筋壳的有限元模型建立单元， 用于基于CAE平台， 建立简单曲面加筋壳的有 限元模型。 7.根据权利要求5所述的一种基于自由变形方法的曲面加筋壳建模系统， 其特征在于， 所述基函数为Bernstei n基函数、 B ‑样条基函数、 NURBS基函数。 8.根据权利要求5所述的一种基于自由变形方法的曲面加筋壳建模系统， 其特征在于， 所述映射关系建立模块具体包括： 映射关系建立单元， 用于利用公 式 确定简单曲面加筋壳的有限元模型的有限元节点的坐标位置信息与控制点的坐标位置信 息的映射关系； 其中， Xp为简单曲面加筋壳的有限元模型的有限元节点， xp， yp， zp为简单曲面加筋壳的 有限元模型的有限元节点的坐标位置信息， p＝1， 2， 3， …， N， N为简单 曲面加筋 壳的有限元 模型的有限元节点数目， S为控制体的长， T为控制体的宽， U为控制体的高， l为控制体的长 度方向上设置的控制点的数目， m为控制体的宽度方向上设置的控制点的数目， n为控制体 的高度方向上设置的控制点的数目， i， j， k分别表示沿着控制体的长、 宽、 高的控制点的序 号， i＝1， 2， 3， …， l， j＝1， 2， 3， …， m， k＝1， 2， 3， …， n， Ri为沿长度方向的基 函数， Ri＝Cli(xp/ S)i(1‑(xp/S))l‑i， Rj为沿宽度方向的基函数， Rj＝Cmj(yp/T)j(1‑(yp/T))m‑j， Rk为沿高度方向 的基函数， Rk＝Cnk(zp/U)k(1‑(zp/U))n‑k， Mi,j,k为控制点的坐标位置信息 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115238392 A 3