本發明涉及有限元仿真，具體涉及一種計算分析模塊設計方法、仿真軟件構建方法及裝置。

背景技術：

1、在當前科技與工程領域迅猛進步的環境中，有限元仿真（cae）軟件作為設計和分析的關鍵工具，其角色變得越來越不可或缺。交互式有限元建模與仿真的過程主要圍繞模型構建和仿真分析兩大核心步驟展開。模型構建旨在為后續的仿真計算提供精準的數據基礎，而仿真的準確性和效率則高度依賴于求解分析模塊及求解器的有效運作。然而，在國產cae軟件的發展進程中，特別是在計算分析模塊的架構設計方面，仍面臨一些亟待解決的重要挑戰：

2、模型數據轉換與兼容性：由于數據結構設計上的缺陷，現有的cae軟件難以實現從交互建模到有限元計算模型的無縫轉換，這不僅阻礙了不同階段之間的平滑過渡，也限制了多學科協同工作的效率，影響了用戶的操作體驗。

3、計算分析模塊架構設計：現有求解分析模塊缺乏全面且靈活的架構設計，導致系統難以迅速適應和集成新興先進算法，限制了技術創新和應用范圍的擴展。

4、與其他模塊對接：由于在數據結構和架構設計上的考慮不周全，難以實現系統中與其他模塊的對接，往往需要借助復雜的文件系統進行模塊間的數據溝通。例如在后處理模塊中，通常需要依賴第三方軟件進行額外處理，增加了用戶的操作復雜性和工作負擔。

5、鑒于上述問題，迫切需要一種計算分析模塊的設計方法與裝置，旨在解決現有數據結構和功能架構設計中的不足，增強系統在數據轉換和分析模型構建方面的穩定性，標準化計算結果與后處理模塊的對接接口，降低開發復雜度和長期維護成本，同時顯著提升建模與仿真的效率及用戶體驗，推動國產?cae?軟件的技術進步與發展。

技術實現思路

1、有鑒于此，有必要提供一種計算分析模塊設計方法、仿真軟件構建方法及裝置，用以解決現有技術中存在的數據結構局限、功能架構僵化導致的軟件開發層面的擴展性和維護性較差以及無法有效植入外部算法的技術問題。

2、一方面，為了解決上述技術問題，本發明提供了一種計算分析模塊設計方法，包括：

3、構建計算任務數據結構和計算任務創建管理功能架構；所述計算任務數據結構包括用于接入所述擬分析交互模型的交互模型數據的模型節點類和用于獲取計算任務信息的計算任務信息類；所述計算任務創建管理功能架構包括用于描述計算任務的對話窗；

4、構建幾何網格和分析網格的轉換機制和多單元通用裝配器；所述轉換機制用于將所述交互模型數據轉換為分析模型數據，所述多單元通用裝配器用于確定所述分析模型數據中各節點的自由度分配總剛度標識；

5、構建計算步數據結構；所述計算步數據結構包括表示計算步信息的計算步信息類、表示荷載條件的荷載條件容器類以及表示邊界條件的邊界條件容器類；

6、基于有限元分析理論確定所述計算步信息類中的具體實現方法。

7、在一種可能實現的方式中，構建計算任務數據結構，包括：

8、基于組合模式設計繼承于抽象容器類的計算任務容器類和繼承于抽象模型節點類的計算任務節點類；所述計算任務容器類與所述計算任務節點類之間為聚合關系；所述計算任務容器類用于管理所述計算任務節點類，所述計算任務節點類用于創建計算任務；

9、構建所述模型節點類和所述計算任務信息類，所述模型節點類與所述計算任務節點類的關系為關聯關系，所述計算任務信息類與所述計算任務節點類的關系為組合關系；所述計算任務信息類用于獲取計算任務信息。

10、在一種可能實現的方式中，構建計算任務數據結構，還包括：

11、構建計算任務線程類、分析模型類和計算結果類，所述計算任務線程類和所述計算結果類與所述計算任務節點類的關系為聚合關系，所述分析模型類與所述計算任務節點類的關系為關聯關系；

12、其中，所述計算任務線程類用于提供異步計算功能，所述分析模型類用于接入分析模型數據，所述計算結果類用于存儲所述分析模型數據和所述交互模型數據，并與可視化后處理模塊建立聯系。

13、在一種可能實現的方式中，構建計算任務創建管理功能架構，包括：

14、構建計算任務創建對話窗、計算任務編輯對話窗、計算任務生成器和計算任務管理對話窗，所述計算任務創建對話窗與所述計算任務編輯對話窗、所述計算任務編輯對話窗與所述計算任務生成器之間的關系為組合關系、所述計算任務創建對話窗與所述計算任務管理對話窗、所述計算任務編輯對話窗和所述計算任務管理對話窗之間的關系為組合關系，所述計算任務管理對話窗與所述計算任務線程類之間為聚合關系；

15、其中，所述計算任務管理對話窗中包括預留的創建按鈕和編輯按鈕，所述創建按鈕用于調用所述計算任務創建對話窗，所述編輯按鈕用于調用所述計算任務編輯對話窗。

16、在一種可能實現的方式中，所述轉換機制包括節點轉換機制和單元轉換機制，則構建幾何網格和分析網格的轉換機制，包括：

17、遍歷所述幾何網格中的幾何節點信息和所述分析網格中的分析模型節點信息，基于所述幾何節點信息和所述分析模型節點信息構建所述節點轉換機制；

18、遍歷所述幾何網格中的幾何單元信息和所述分析網格中的分析模型單元信息，基于所述幾何單元信息和所述分析模型單元信息構建所述單元轉換機制。

19、在一種可能實現的方式中，構建多單元通用裝配器，包括：

20、確定所述多單元通用裝配器的數據屬性，并基于所述數據屬性構建裝配步驟，獲得所述多單元通用裝配器；

21、所述數據屬性包括分析模型節點列表、分析模型單元列表、節點自由度配額表以及節點自由度映射編號表，所述分析模型節點列表包括裝配過程中的節點自由度標識和節點自由度映射編號，所述分析模型單元列表包括裝配過程中的單元自由度編號和單元自由度標識，所述節點自由度配額表是每個節點的自由度標識組成的字符串列表，所述節點自由度映射編號表是節點自由度映射編號的列表；

22、所述裝配步驟為：

23、遍歷每個單元的單元自由度編號表中的每個元素，將每個元素與對應的節點自由度標識對比，基于對比結果更新節點自由度，所有節點更新后的節點自由度組成自由度標識配額表；

24、遍歷節點自由度配額表中的每個元素，確定節點自由度的總數，獲取節點自由度映射編號的初始值，基于所述節點自由度的總數和所述初始值確定所述節點自由度映射編號中每個元素的值；

25、遍歷每個單元，基于所述自由度標識配額表和所述節點自由度映射編號確定每個單元的單元自由度編號表，基于每個單元的單元自由度編號表確定所述自由度分配總剛度標識。

26、在一種可能實現的方式中，所述構建計算步數據結構，包括：

27、基于組合模式設計繼承于抽象容器類的計算步容器類和繼承于抽象模型節點類的計算步節點類；所述計算步容器類與所述計算步節點類之間為聚合關系；所述計算步容器類用于管理所述計算步節點類，所述計算步節點類用于創建計算步；

28、構建與所述計算步節點類為聚合關系的所述載荷條件容器類和邊界條件容器類、與所述計算步節點類為組合關系的計算步信息類以及與所述計算步節點類為關聯關系的計算步類型類；

29、所述計算步信息類用于管理所述計算步節點類的計算步屬性與參數，并提供抽象方法接口。

30、另一方面，本發明還提供了一種仿真軟件構建方法，包括：

31、基于計算分析模塊設計方法構建計算分析模塊；

32、所述基于計算分析模塊設計方法為上述任意一種可能的實現方式中所述的基于計算分析模塊設計方法。

33、另一方面，本發明還提供了計算分析模塊設計裝置，包括：

34、數據結構和功能架構構建單元，用于構建計算任務數據結構和計算任務創建管理功能架構；所述計算任務數據結構包括用于接入所述擬分析交互模型的交互模型數據的模型節點類和用于獲取計算任務信息的計算任務信息類；所述計算任務創建管理功能架構包括用于描述計算任務的對話窗；

35、轉換機制和裝配器構建單元，用于構建幾何網格和分析網格的轉換機制和多單元通用裝配器；所述轉換機制用于將所述交互模型數據轉換為分析模型數據，所述多單元通用裝配器用于確定所述分析模型數據中各節點的自由度分配總剛度標識；

36、計算步數據結構構建單元，用于構建計算步數據結構；所述計算步數據結構包括表示計算步信息的計算步信息類、表示荷載條件的荷載條件容器類以及表示邊界條件的邊界條件容器類；

37、具體實現方法確定單元，用于基于有限元分析理論確定所述計算步信息類中的具體實現方法。

38、另一方面，本發明還提供了一種仿真軟件構建裝置，包括：

39、計算分析模塊構建單元，用于基于計算分析模塊設計方法構建計算分析模塊；

40、所述基于計算分析模塊設計方法為上述任意一種可能的實現方式中所述的基于計算分析模塊設計方法。

41、本發明的有益效果是：本發明提供的計算分析模塊設計方法，首先，通過構建計算任務數據結構和計算任務創建管理功能架構，可基于計算任務數據結構中的模型節點類接入擬分析交互模型，基于計算任務信息類獲取計算任務信息，并基于計算任務創建管理功能架構中的對話窗確定描述計算任務的計算任務參數等信息，進而確定擬分析交互模型的具體計算任務，并且，在確定擬分析交互模型計算任務時基于模型節點類接入了交互模型數據，實現了交互模型數據的獲取，為后續網格轉換和優先云分析提供了數據支持。其次，通過構建幾何網格和分析網格的轉換機制和多單元通用裝配器，實現了幾何網格和分析網格的無縫轉換，無需將幾何網格導入第三方軟件中進行額外處理，降低了用戶操作復雜性和工作負擔。進一步地，本發明通過構建計算步數據結構，并設置計算步數據結構中包括表示計算步信息的計算步信息類，計算步信息類中的具體實現方法基于有限元分析理論確定。即：計算步信息類中的抽象方法接口可接入不同的算法，提高了計算分析模塊的可擴展性。

42、綜上，本發明實施例通過為計算分析模塊構建設計框架，為計算分析模塊提供了明確的開發指導，為先進算法的開發、接入和驗證提供了明確的數據和功能架構支持，在有效保障該模塊的可擴展性與可維護性的同時，提升了模塊的開發效率，并為用戶提供了良好的交互體驗。