一种电压力锅的计算机辅助设计方法及系统

1.本发明属于计算机辅助设计领域、应力分析领域，具体涉及一种电压力锅的计算机辅助设计方法及系统。


背景技术：

2.电压力锅由于内部压力在短时间内快速增加，对锅体各部分的缝合焊接连接部分的坚固性要求极高，否则发生爆裂现象的概率将提高，所以在设计电压力锅的三维模型时，需要对其三维模型进行受力分析。而应力分析技术广泛应用于检测出三维模型中应力集中的区域，有效筛选出电压力锅的三维模型中潜在危险的脆弱部分，提前进行加固强化。在申请号为cn201910320574.x的专利文献中提供了一种薄壁铜合金水表壳体铸造工艺的计算机辅助设计方法，尽管能够提高铸件的质量，使铸件的铸造缺陷满足结构要求，但不足以检测出计算机辅助设计模型中应力薄弱的潜在风险部分。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提出一种电压力锅的计算机辅助设计方法及系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
4.本发明提供了一种电压力锅的计算机辅助设计方法及系统，获取电压力锅的三维模型作为计算机辅助设计模型，并获取计算机辅助设计模型中的描点数据，对描点数据进行结构线搜索得到若干条搜索结构线，根据计算机辅助设计模型的在各个描点数据的位置上对应的应力值计算得到各条搜索结构线的结构重合值，计算重合值阈值筛选出结构重合值超过重合值阈值的搜索结构线作为待强化结构线，将待强化结构线在电压力锅上对应的位置作为待加固部位，输出待加固部位。
5.为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种电压力锅的计算机辅助设计方法，所述方法包括以下步骤：s100, 获取电压力锅的计算机辅助设计模型；s200，获取计算机辅助设计模型中的描点数据；s300，对描点数据进行结构线搜索，得到若干条搜索结构线；s400，获取计算机辅助设计模型的在各个描点数据的位置上对应的应力值，计算得到各条搜索结构线的结构重合值；s500，根据各条搜索结构线的结构重合值计算得到重合值阈值，筛选出结构重合值超过重合值阈值的搜索结构线作为待强化结构线；s600，将待强化结构线在电压力锅上对应的位置作为待加固部位，将待加固部位输出。
6.进一步地，在s100中, 获取电压力锅的计算机辅助设计模型的方法为：通过三维扫描仪获取电压力锅的三维模型作为计算机辅助设计模型，或者用opengl解析读取通过3d建模软件设计的电压力锅的三维模型的obj文件由此得到电压力锅的计算机辅助设计模
型。
7.进一步地，在s200中，获取计算机辅助设计模型中的描点数据的方法为：把电压力锅的计算机辅助设计模型通过开源软件pcl中的pcl_obj2pcd模块转化为点云数据，得到的点云数据中的各个点即为计算机辅助设计模型中的各个描点数据，以点云数据的中心点为坐标点建立三维坐标系，其中，所述中心点为计算机辅助设计模型的几何中心点、或者为对点云数据进行建立坐标系的坐标原点，每个描点数据有其相对应的三维坐标数值，三维坐标数值为由一个描点数据在三维坐标系下的x轴坐标的数值、y轴坐标的数值和z轴坐标的数值所组成的三维数组。
8.进一步地，在s300中，对描点数据进行结构线搜索，得到若干条搜索结构线的方法为：通过有限元分析软件对计算机辅助设计模型进行分析，获取计算机辅助设计模型的应力分布云图，对应力分布云图进行边缘检测获取边缘线，通过harris角点检测算法获取边缘线的各个角点，将各个角点分别与描点数据两两连接得到若干条直线，将这些直线作为搜索结构线。（获取三维模型的应力边缘上出现受力不均衡的拐点位置的点位上的结构线）。
9.进一步地，在s300中，对描点数据进行结构线搜索，得到若干条搜索结构线的方法为：s301，将计算机辅助设计模型中的所有描点数据的集合作为描点集合，描点集合记作mpset，描点集合中元素的数量为n，描点集合中元素的序号为i，i∈[1,n]，mpset中序号为i的元素记为mp(i)；s302，定义结构线为计算机辅助设计模型中的任意二个不同的描点数据所连接的直线，直线为无限延伸，一条结构线上有两个以上的描点数据落在该条结构线所在的直线上；设置互异性集合lset，lset中的元素类型为结构线，lset的初始值为空；s303，对描点数据进行结构线搜索，其过程具体如s303-1至s303-6所示：s303-1，分别对mpset中的每一个描点数据mp(i)，获取该描点数据mp(i)与mpset中除mp(i)以外的n-1个描点数据各自连接的n-1条结构线；s303-2，将各条结构线加入到lset中，并消除lset中重复的元素；s303-3，实时获取lset；获取lset中元素的数量为m，记lset中元素的序号为j，j∈[1,m]，lset中序号为j的元素即为记作l(j)的结构线；s303-4，在lset中，分别对各个l(j)进行微分求取l(j)所在直线在三维坐标系下对各轴坐标的偏导数，记l(j)对x轴坐标的偏导数为f(j,0)，记l(j)对y轴坐标的偏导数为f(j,1)，记l(j)对z轴坐标的偏导数为f(j,-1)；s303-5，定义结构线的消减信号为表示一条结构线在随着坐标轴数值变化而产生波动的数值，记结构线l(j)的消减信号为pr(j)，结构线l(j)的消减信号的计算公式为pr(j)=sin(f(j,0))+cos(f(j,1))+sin(f(j,-1))*cos(f(j,-1))，由此计算得到lset中每一条结构线的消减信号；s303-6，对lset中每一条结构线进行条件判断，即判断各条结构线l(j)是否满足其对应的消减信号pr(j)》(1/π)，并将lset中满足上述条件判断的结构线筛选出来组成集合pset；s304，pset中元素的数量记为k，pset中元素的序号记为q，q∈[1,k]，pset中序号
为q的元素即为记作p(q)的搜索结构线；pset中包含的结构线即为搜索结构线，由此得到搜索结构线；其中，得到若干条搜索结构线实现的有益效果为：由于应力集中位置的受力的呈现出线性趋势，所以根据结构线的消减信号能够准确的筛选出符合应力的受力方向的趋势结构性，提高结构线的力学稳定性，由此快速搜索出计算机辅助设计中在结构上具有突出的连接作为的点的位置，并大幅度节省了对计算机辅助设计模型的点云数据中各个点的搜索时间的时间成本。
[0010]
进一步地，在s400中，获取计算机辅助设计模型的在各个描点数据的位置上对应的应力值，计算得到各条搜索结构线的结构重合值的方法为：通过有限元分析软件对计算机辅助设计模型进行应力分析，获取计算机辅助设计模型的在各个描点数据的位置上对应的应力值，令描点数据mp(i)处对应的应力值作为stre(i)，进而计算得到各个描点数据的位置上对应的应力离散度，记mp(i)处对应的应力离散度为fus(i)，描点数据mp(i)处对应的应力离散度的计算公式为：，其中，函数exp()表示以自然常数e为底的指数函数，由此计算得到各个描点数据的位置上对应的应力离散度；计算应力离散度的有益效果为，通过对各个描点数据的位置上对应的应力值进行全样本的概率比对并与各处的应力值的平均分布水平进行比对，快速高效地衡量了各个描点数据的位置上对应的应力的离散程度，有助于快速定位出电压力锅的计算机辅助设计模型中存在结构异常的点，提高了电压力锅的计算机辅助设计的安全性；进而，根据各个描点数据处对应的应力离散度，计算得到各条搜索结构线的结构重合值，具体为：对pset中的各条搜索结构线p(q)，分别获取落在p(q)所在直线上的各个描点数据，记落在p(q)所在直线上的描点数据的数量为np(q)，记落在p(q)所在直线上的描点数据中的各个描点数据的序号为ip(q)，ip(q)∈[1, np(q)]，记落在p(q)所在直线上的描点数据中的序号为ip(q)的描点数据为pip(q)，获取描点数据pip(q)的位置上对应的应力离散度并将其数值保存作为fus(ip(q))，搜索结构线p(q)的结构重合值记为sil(q)，搜索结构线p(q)的结构重合值的计算公式为：，或者，sil(q)的数值等于落在p(q)所在直线上的各个描点数据的位置上对应的应力离散度的累加和或者积分，表示对序号ip(q)为变量进行积分（d为微分中所用符号，即d为微分算子），或对在[1, np(q)]内的序号为ip(q)的各fus(ip(q))进行累加求和；由此得到各条搜索结构线的结构重合值；结构重合值的作用为：在现有的测量应力异常排查易爆炸点的方法中忽视了物体的三维结构的结构线条与应力值之间的线性关系，因此降低了对压力锅在升温加压的过程
中发生爆裂的潜在风险的探测准确性，结构重合值充分计算了结构线条与应力值之间的数值关系，由此提高了压力锅在升温加压的过程中发生爆裂的风险的探测准确性。
[0011]
进一步地，在s500中，根据各条搜索结构线的结构重合值计算得到重合值阈值，筛选出结构重合值超过重合值阈值的搜索结构线作为待强化结构线的方法为：其中，所述重合值阈值为各条搜索结构线的结构重合值的算术平均值，从各条搜索结构线中筛选出结构重合值超过重合值阈值的搜索结构线作为待强化结构线，提高了结构的内部稳定性，有利于大幅度减少设计生产的压力锅在升温加压的过程中发生爆裂的概率。
[0012]
进一步地，在s600中，将待强化结构线在电压力锅上对应的位置作为待加固部位，将待加固部位输出的方法为：其中，所述待强化结构线在电压力锅上对应的位置表示落在待强化结构线所在直线上的描点数据在电压力锅的计算机辅助设计模型上对应的点的位置。
[0013]
本发明还提供了一种电压力锅的计算机辅助设计系统，所述一种电压力锅的计算机辅助设计系统包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述电压力锅的计算机辅助设计方法中的步骤，所述一种电压力锅的计算机辅助设计系统可以运行于桌上型计算机、笔记本电脑、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中，可运行的系统可包括，但不仅限于，处理器、存储器、服务器集群，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：模型获取单元，用于获取电压力锅的计算机辅助设计模型；描点数据获取单元，用于获取计算机辅助设计模型中的描点数据；搜索结构线获取单元，用于对描点数据进行结构线搜索，得到若干条搜索结构线；结构重合值计算单元，用于获取计算机辅助设计模型的在各个描点数据的位置上对应的应力值，计算得到各条搜索结构线的结构重合值；待强化结构线筛选单元，用于根据各条搜索结构线的结构重合值计算得到重合值阈值，筛选出结构重合值超过重合值阈值的搜索结构线作为待强化结构线；待加固部位获取单元，用于将待强化结构线在电压力锅上对应的位置作为待加固部位，将待加固部位输出。
[0014]
本发明的有益效果为：本发明提供了一种电压力锅的计算机辅助设计方法及系统，获取电压力锅的计算机辅助设计模型并获取计算机辅助设计模型中的描点数据，对描点数据进行结构线搜索得到若干条搜索结构线，根据计算机辅助设计模型的在各个描点数据的位置上对应的应力值计算得到各条搜索结构线的结构重合值，计算重合值阈值筛选出结构重合值超过重合值阈值的搜索结构线作为待强化结构线，将待强化结构线在电压力锅上对应的位置作为待加固部位，输出待加固部位，实现了快速定位排查出电压力锅的计算机辅助设计模型中存在爆裂风险的部位的有益效果。
附图说明
[0015]
通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本发明的上述以及其他特征将更加明显，本发明附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动
的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：图1所示为一种电压力锅的计算机辅助设计方法的流程图；图2所示为一种电压力锅的计算机辅助设计系统的系统结构图。
具体实施方式
[0016]
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0017]
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0018]
如图1所示为根据本发明的一种电压力锅的计算机辅助设计方法的流程图，下面结合图1来阐述根据本发明的实施方式的一种电压力锅的计算机辅助设计方法及系统。
[0019]
本发明提出一种电压力锅的计算机辅助设计方法，所述方法具体包括以下步骤：s100, 获取电压力锅的计算机辅助设计模型；s200，获取计算机辅助设计模型中的描点数据；s300，对描点数据进行结构线搜索，得到若干条搜索结构线；s400，获取计算机辅助设计模型的在各个描点数据的位置上对应的应力值，计算得到各条搜索结构线的结构重合值；s500，根据各条搜索结构线的结构重合值计算得到重合值阈值，筛选出结构重合值超过重合值阈值的搜索结构线作为待强化结构线；s600，将待强化结构线在电压力锅上对应的位置作为待加固部位，将待加固部位输出。
[0020]
进一步地，在s100中, 获取电压力锅的计算机辅助设计模型的方法为：用opengl解析读取通过3d建模软件设计的电压力锅的三维模型的obj文件由此得到电压力锅的计算机辅助设计模型。
[0021]
进一步地，在s200中，获取计算机辅助设计模型中的描点数据的方法为：把电压力锅的计算机辅助设计模型通过开源软件pcl中的pcl_obj2pcd模块转化为点云数据，得到的点云数据中的各个点即为计算机辅助设计模型中的各个描点数据，以点云数据的中心点为坐标点建立三维坐标系，其中每个描点数据有其相对应的三维坐标数值，三维坐标数值为由一个描点数据在三维坐标系下的x轴坐标的数值、y轴坐标的数值和z轴坐标的数值所组成的三维数组。
[0022]
进一步地，在s300中，对描点数据进行结构线搜索，得到若干条搜索结构线的方法为：通过有限元分析软件对计算机辅助设计模型进行分析，获取计算机辅助设计模型的应力分布云图，对应力分布云图进行边缘检测获取边缘线，通过harris角点检测算法获取边缘线的各个角点，将各个角点分别与描点数据两两连接得到若干条直线，将这些直线作为搜索结构线。
[0023]
优选地，在s300中，对描点数据进行结构线搜索，得到若干条搜索结构线的方法
为：s301，将计算机辅助设计模型中的所有描点数据的集合作为描点集合，描点集合记作mpset，描点集合中元素的数量为n，描点集合中元素的序号为i，i∈[1,n]，mpset中序号为i的元素记为mp(i)；s302，定义结构线为计算机辅助设计模型中的任意二个不同的描点数据所确定的直线，直线为无限延伸，一条结构线上有至少两个的描点数据落在该条结构线所在的直线上；设置互异性集合lset，lset中的元素类型为结构线，lset的初始值为空；s303，对描点数据进行结构线搜索，其过程具体如s303-1至s303-6所示：s303-1，分别对mpset中的每一个描点数据mp(i)，获取该描点数据mp(i)与除mp(i)以外的n-1个描点数据各自组成的n-1条结构线，由此，在mpset中对每个mp(i)获取其与除自身以外的n-1个描点数据组成的n-1条结构线，得到n倍的n-1条结构线；s303-2，将得到的各条结构线加入到lset中，利用lset的互异性将其中重复的元素消除；s303-3，获取lset；获取lset中元素的数量为m，记lset中元素的序号为j，j∈[1,m]，lset中序号为j的元素即为记作l(j)的结构线；s303-4，在lset中，分别对各个l(j)进行微分求取l(j)所在直线在三维坐标系下对各轴坐标的偏导数，记l(j)对x轴坐标的偏导数为f(j,0)，记l(j)对y轴坐标的偏导数为f(j,1)，记l(j)对z轴坐标的偏导数为f(j,-1)；s303-5，定义结构线的消减信号为表示一条结构线在随着坐标轴数值变化而产生波动的数值，记结构线l(j)的消减信号为pr(j)，结构线l(j)的消减信号的计算公式为pr(j)=sin(f(j,0))+cos(f(j,1))+sin(f(j,-1))*cos(f(j,-1))，由此计算得到lset中每一条结构线的消减信号；s303-6，对lset中每一条结构线进行条件判断，即判断各条结构线l(j)是否满足其对应的消减信号pr(j)》(1/π)，并将lset中满足上述条件判断的结构线筛选出来组成集合pset；s304，pset中元素的数量记为k，pset中元素的序号记为q，q∈[1,k]，pset中序号为q的元素即为记作p(q)的搜索结构线；pset中包含的结构线即为搜索结构线，由此得到搜索结构线。
[0024]
进一步地，在s400中，获取计算机辅助设计模型的在各个描点数据的位置上对应的应力值，计算得到各条搜索结构线的结构重合值的方法为：通过有限元分析软件对计算机辅助设计模型进行分析，获取计算机辅助设计模型的在各个描点数据的位置上对应的应力值，mp(i)处对应的应力值为stre(i)，进而计算得到各个描点数据的位置上对应的应力离散度，记mp(i)处对应的应力离散度为fus(i)，描点数据mp(i)处对应的应力离散度的计算公式为：，由此计算得到各个描点数据的位置上对应的应力离散度；其中，exp()表示以自然常数e为底的指数函数；进而，根据各个描点数据处对应的应力离散度，计算得到各条搜索结构线的结构
重合值，具体为：对pset中的各条搜索结构线p(q)，分别获取落在p(q)所在直线上的各个描点数据，记落在p(i)所在直线上的描点数据的数量为np(q)，记落在p(q)所在直线上的描点数据中的各个描点数据的序号为ip(q)，ip(q)∈[1, np(q)]，记落在p(q)所在直线上的描点数据中的序号为ip(q)的描点数据为pip(q)，获取描点数据pip(q)的位置上对应的应力离散度并将其数值保存作为fus(ip(q))，搜索结构线p(q)的结构重合值记为sil(q)，搜索结构线p(q)的结构重合值的计算公式为：，或者，sil(q)的数值等于落在p(q)所在直线上的各个描点数据的位置上对应的应力离散度的累加和或者积分，表示对序号ip(q)为变量进行积分（d为微分中所用符号，d为微分算子）或对在[1, np(q)]内的序号为ip(q)的各fus(ip(q))进行累加求和；由此得到各条搜索结构线的结构重合值。
[0025]
进一步地，在s500中，根据各条搜索结构线的结构重合值计算得到重合值阈值，筛选出结构重合值超过重合值阈值的搜索结构线作为待强化结构线的方法为：其中，所述重合值阈值为各条搜索结构线的结构重合值的算术平均值，从各条搜索结构线中筛选出结构重合值超过重合值阈值的搜索结构线作为待强化结构线。
[0026]
进一步地，在s600中，将待强化结构线在电压力锅上对应的位置作为待加固部位，将待加固部位输出的方法为：其中，所述待强化结构线在电压力锅上对应的位置表示落在待强化结构线所在直线上的描点数据在电压力锅的计算机辅助设计模型上对应的点的位置。
[0027]
所述一种电压力锅的计算机辅助设计系统包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种电压力锅的计算机辅助设计方法实施例中的步骤，所述一种电压力锅的计算机辅助设计系统可以运行于桌上型计算机、笔记本电脑、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中，可运行的系统可包括，但不仅限于，处理器、存储器、服务器集群。
[0028]
本发明的实施例提供的一种电压力锅的计算机辅助设计系统，如图2所示，该实施例的一种电压力锅的计算机辅助设计系统包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种电压力锅的计算机辅助设计方法实施例中的步骤用于控制压力锅的设计与生产，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：模型获取单元，用于获取电压力锅的计算机辅助设计模型；描点数据获取单元，用于获取计算机辅助设计模型中的描点数据；搜索结构线获取单元，用于对描点数据进行结构线搜索，得到若干条搜索结构线；结构重合值计算单元，用于获取计算机辅助设计模型的在各个描点数据的位置上对应的应力值，计算得到各条搜索结构线的结构重合值；待强化结构线筛选单元，用于根据各条搜索结构线的结构重合值计算得到重合值
阈值，筛选出结构重合值超过重合值阈值的搜索结构线作为待强化结构线；待加固部位获取单元，用于将待强化结构线在电压力锅上对应的位置作为待加固部位，将待加固部位输出。
[0029]
所述一种电压力锅的计算机辅助设计系统可以运行于桌上型计算机、笔记本电脑、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中。所述一种电压力锅的计算机辅助设计系统包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述例子仅仅是一种电压力锅的计算机辅助设计方法及系统的示例，并不构成对一种电压力锅的计算机辅助设计方法及系统的限定，可以包括比例子更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述一种电压力锅的计算机辅助设计系统还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
[0030]
所称处理器可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (digital signal processor，dsp)、专用集成电路 (application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列 (field-programmable gate array，fpga) 或者其他可编程逻辑器件、分立元器件门电路或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述一种电压力锅的计算机辅助设计系统的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种电压力锅的计算机辅助设计系统的各个分区域。
[0031]
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述一种电压力锅的计算机辅助设计方法及系统的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序（比如声音播放功能、图像播放功能等）等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据（比如音频数据、电话本等）等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡（smart media card, smc），安全数字（secure digital, sd）卡，闪存卡（flash card）、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
[0032]
本发明提供了一种电压力锅的计算机辅助设计方法及系统，获取电压力锅的计算机辅助设计模型并获取计算机辅助设计模型中的描点数据，对描点数据进行结构线搜索得到若干条搜索结构线，根据计算机辅助设计模型的在各个描点数据的位置上对应的应力值计算得到各条搜索结构线的结构重合值，计算重合值阈值筛选出结构重合值超过重合值阈值的搜索结构线作为待强化结构线，将待强化结构线在电压力锅上对应的位置作为待加固部位，输出待加固部位，实现了快速定位排查出电压力锅的计算机辅助设计模型中存在爆裂风险的部位的有益效果。
[0033]
尽管本发明的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，从而有效地涵盖本发明的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本发明进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本发明的非实质性改动仍可代表本发明的等效改动。