高端數(shù)字樣機(jī)及其支撐技術(shù)

1、1高端數(shù)字樣機(jī)及其支撐技術(shù)高端數(shù)字樣機(jī)及其支撐技術(shù)鄭耀12解利軍12陳建軍121.浙江大學(xué)工程與科學(xué)計(jì)算研究中心，杭州3100272.浙江大學(xué)航空航天學(xué)院，杭州310027摘要摘要：數(shù)字樣機(jī)是對產(chǎn)品的真實(shí)化、集成化的虛擬仿真，用于工程設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)仿真、產(chǎn)品拆裝、加工制造和維護(hù)檢測等方面。隨著制造復(fù)雜度的不斷提升，現(xiàn)代高端數(shù)字樣機(jī)越來越強(qiáng)調(diào)使用高精度的數(shù)值模擬進(jìn)行產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的沉浸式體驗(yàn)。高端數(shù)字樣機(jī)的主要支撐

2、技術(shù)包括CAD模型轉(zhuǎn)換及其有效性驗(yàn)證、幾何網(wǎng)格生成、并行與分布式計(jì)算、大規(guī)模數(shù)據(jù)可視化以及沉浸式設(shè)計(jì)環(huán)境等。本文綜述了這些主要支撐技術(shù)的特點(diǎn)和現(xiàn)狀。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：數(shù)字樣機(jī)，CAD模型轉(zhuǎn)換，幾何網(wǎng)格生成，并行問題求解環(huán)境，大規(guī)模數(shù)據(jù)可視化，沉浸式設(shè)計(jì)環(huán)境1引言引言數(shù)字樣機(jī)是使用計(jì)算機(jī)模型來代替真實(shí)物理樣機(jī)的技術(shù)，是20世紀(jì)80年代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)。數(shù)字樣機(jī)的研究目的是使用數(shù)字化方法來驗(yàn)證設(shè)計(jì)思想、

3、輔助產(chǎn)品選擇、測試產(chǎn)品的可制造性，以及提前展示產(chǎn)品，最終達(dá)到替代物理樣機(jī)的作用。數(shù)字樣機(jī)能顯著縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造周期，降低開發(fā)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。數(shù)字樣機(jī)技術(shù)是一門綜合多學(xué)科的技術(shù)，其中關(guān)鍵的支撐技術(shù)包括CAD模型轉(zhuǎn)換及其有效性驗(yàn)證、幾何網(wǎng)格生成、并行與分布式計(jì)算、大規(guī)模數(shù)據(jù)可視化以及沉浸式設(shè)計(jì)環(huán)境等。2高端數(shù)字樣機(jī)的主要支撐技術(shù)高端數(shù)字樣機(jī)的主要支撐技術(shù)2.1CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換當(dāng)前產(chǎn)品設(shè)計(jì)多數(shù)由不同組織和公司協(xié)同完成，產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)被廣泛地用在工業(yè)界，但這些數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)可能丟失高層的設(shè)計(jì)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(jià)，達(dá)到降低相應(yīng)算法的開發(fā)難度和提高算法的健壯性和自動(dòng)性的目的[4]。2.2幾何網(wǎng)格生成幾何網(wǎng)格生成在物理場現(xiàn)象與過程的計(jì)算機(jī)模擬中，網(wǎng)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(fù)雜性也會(huì)相應(yīng)增大。通常對于復(fù)雜的計(jì)算區(qū)域，整個(gè)數(shù)據(jù)

5、準(zhǔn)備的至少百分之七十以上的工作量被用于產(chǎn)生網(wǎng)格。網(wǎng)格生成已成為問題求解的瓶頸，其難度制約著數(shù)值模擬的大規(guī)模的應(yīng)用。網(wǎng)格生成作為一個(gè)獨(dú)立的研究領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展了四十多年，對它的研究在國外至今仍然非?；钴S。圖2DRAGON網(wǎng)格示例當(dāng)前研究特別強(qiáng)調(diào)的是網(wǎng)格生成技術(shù)和數(shù)值求解技術(shù)的結(jié)合，除強(qiáng)調(diào)自適應(yīng)求解環(huán)境構(gòu)建的重要性，更深一層含義是避免出現(xiàn)過于強(qiáng)調(diào)通用網(wǎng)格生成技術(shù)的研究而忽視應(yīng)用特定的網(wǎng)格生成及其處理技術(shù)的研究。例如，在渦輪機(jī)械與推進(jìn)系統(tǒng)的流體流