高端數字樣機及其支撐技術

1、1高端數字樣機及其支撐技術高端數字樣機及其支撐技術鄭耀12解利軍12陳建軍121.浙江大學工程與科學計算研究中心，杭州3100272.浙江大學航空航天學院，杭州310027摘要摘要：數字樣機是對產品的真實化、集成化的虛擬仿真，用于工程設計、機構仿真、產品拆裝、加工制造和維護檢測等方面。隨著制造復雜度的不斷提升，現代高端數字樣機越來越強調使用高精度的數值模擬進行產品的優(yōu)化設計，并使用虛擬現實技術實現產品的沉浸式體驗。高端數字樣機的主要支撐

2、技術包括CAD模型轉換及其有效性驗證、幾何網格生成、并行與分布式計算、大規(guī)模數據可視化以及沉浸式設計環(huán)境等。本文綜述了這些主要支撐技術的特點和現狀。關鍵詞關鍵詞：數字樣機，CAD模型轉換，幾何網格生成，并行問題求解環(huán)境，大規(guī)模數據可視化，沉浸式設計環(huán)境1引言引言數字樣機是使用計算機模型來代替真實物理樣機的技術，是20世紀80年代隨著計算機技術的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項計算機輔助工程技術。數字樣機的研究目的是使用數字化方法來驗證設計思想、

3、輔助產品選擇、測試產品的可制造性，以及提前展示產品，最終達到替代物理樣機的作用。數字樣機能顯著縮短產品設計和制造周期，降低開發(fā)成本，提高產品質量。數字樣機技術是一門綜合多學科的技術，其中關鍵的支撐技術包括CAD模型轉換及其有效性驗證、幾何網格生成、并行與分布式計算、大規(guī)模數據可視化以及沉浸式設計環(huán)境等。2高端數字樣機的主要支撐技術高端數字樣機的主要支撐技術2.1CAD數據轉換數據轉換當前產品設計多數由不同組織和公司協(xié)同完成，產品開發(fā)往往

4、使用不同類型的軟硬件和CAD系統(tǒng)。雖然IGES和STEP等國際標準被廣泛地用在工業(yè)界，但這些數據交換標準可能丟失高層的設計信息。由于不同系統(tǒng)之間的誤3作。這一思路以犧牲幾何模型的精度為代價，達到降低相應算法的開發(fā)難度和提高算法的健壯性和自動性的目的[4]。2.2幾何網格生成幾何網格生成在物理場現象與過程的計算機模擬中，網格生成是使問題得以解決的基本途徑。隨著問題規(guī)模的增大，所考慮的幾何復雜性也會相應增大。通常對于復雜的計算區(qū)域，整個數據

5、準備的至少百分之七十以上的工作量被用于產生網格。網格生成已成為問題求解的瓶頸，其難度制約著數值模擬的大規(guī)模的應用。網格生成作為一個獨立的研究領域已經發(fā)展了四十多年，對它的研究在國外至今仍然非常活躍。圖2DRAGON網格示例當前研究特別強調的是網格生成技術和數值求解技術的結合，除強調自適應求解環(huán)境構建的重要性，更深一層含義是避免出現過于強調通用網格生成技術的研究而忽視應用特定的網格生成及其處理技術的研究。例如，在渦輪機械與推進系統(tǒng)的流體流