一种精密模具的参数化仿真模型设计方法及系统

本发明涉及模具模型仿真，尤其涉及一种精密模具的参数化仿真模型设计方法及系统。背景技术：1、随着计算机技术和数值模拟技术的快速发展，精密模具的参数化仿真模型设计方法取得了显著进步。但现有的精密模具的参数化仿真模型设计还存着建模效率低以及仿真精度受限问题。传统的模具设计主要依赖于设计人员的经验和技能，设计周期长，效率低。即使采用了cad等设计软件，也需要花费大量时间进行几何建模和参数化设计。模具结构复杂，包含多个零部件，各部分之间存在复杂的几何关系和约束关系。用户需要定义大量参数，手动建立零件间的关联，工作量大且容易出错。模具设计变更频繁，每次变更都需要手动修改模型，重新生成新的几何模型，耗时耗力。早期的模具仿真主要依赖于经验公式和简化模型，如比例缩放法等，难以准确描述复杂模具的力学行为，仿真结果精度不高。模具制造和装配过程中的误差、材料性能的离散性等因素，给仿真带来不确定性，降低了仿真精度。技术实现思路1、基于此，有必要提供一种精密模具的参数化仿真模型设计方法及系统，以解决至少一个上述技术问题。2、为实现上述目的，一种精密模具的参数化仿真模型设计方法，包括以下步骤：3、步骤s1：利用高精度三维扫描仪对精密模具进行原始点云采集，得到原始点云数据；对原始点云数据进行特征参数提取，得到特征参数列表；根据特征参数列表进行特征库构建，得到精密模具特征库；4、步骤s2：根据精密模具特征库以及特征参数列表进行特征参数关联，得到关联参数；获取模具设计规则数据；根据模具设计规则数据以及关联参数进行模型简化，得到简化参数模型；对简化参数模型进行参数化模型输出，得到参数化模型；5、步骤s3：对精密模具材料样品进行多晶体积单元模型构建，得到多晶体积单元模型；对多晶体积单元模型进行单元力学数值模拟，得到单元力学响应数据；根据单元力学响应数据进行宏观本体模型拟合，得到宏观本体模型；对宏观本体模型进行材料本构数据库构建，得到材料本构数据库；6、步骤s4：根据模具设计规则数据以及参数化模型进行热力边界条件映射分析，得到边界映射条件数据；对边界映射条件数据进行精细化输出，得到精细化边界条件数据；7、步骤s5：将简化参数模型导入仿真软件，根据材料本构数据库以及精细化边界条件数据进行多物理场耦合，得到耦合仿真模型；对耦合仿真模型进行仿真计算，得到原始仿真数据；根据原始仿真数据进行仿真结果数据库构建，得到仿真结果数据库；8、步骤s6：根据仿真结果数据库以及模具设计规则数据进行试模实验执行，得到实验数据；根据仿真结果数据库以及实验数据进行模型偏差参数修正，得到偏差修正参数；将偏差修正参数导入仿真结果数据库中的初始仿真模型进行参数修正仿真吻合度分析，得到吻合度数据；根据吻合度数据进行精密模具参数化仿真模型生成，得到精密模具参数化仿真模型。9、本发明通过三维扫描获取精密模具的数字化模型，并提取特征参数构建特征库，实现了模具几何信息的数字化和结构化表达，为后续的参数化建模、仿真分析以及知识积累奠定了基础。利用特征库和特征参数进行参数化建模，并结合模具设计规则进行模型简化和约束，最终得到满足设计要求且易于修改和优化的参数化模型，提高了模具设计的效率和质量。通过构建多晶体积单元模型，模拟材料的微观结构和力学行为，并结合温度和应变率的影响，建立了更准确的材料本构模型，为仿真分析提供了可靠的材料属性数据。根据加工工艺数据、接触信息和材料特性，对仿真模型进行精确的热力边界条件定义和施加，确保了仿真模型能够真实地反映模具在实际工作环境下的受力状态和温度场分布。利用仿真软件对参数化模型进行多物理场耦合仿真分析，可以直观地展现模具在不同工况下的温度场、应力场、变形场等信息，为模具设计优化和性能评估提供依据。通过实验验证和模型修正，不断提高仿真模型的精度和可靠性，最终得到能够准确预测模具性能的参数化仿真模型，为模具设计优化提供可靠的工具。因此，本发明提供了一种精密模具的参数化仿真模型设计方法及系统。通过点云扫描、特征提取、参数化建模的技术，大大简化了建模过程，提高了建模效率；同时，通过多晶体积单元模型、精细化边界条件、多物理场耦合仿真、试模实验验证的手段，全面考虑了材料、几何、工艺、边界条件的影响因素，提高了建模效率和仿真精度。10、优选地，步骤s1包括以下步骤：11、步骤s11：利用高精度三维扫描仪对精密模具进行原始点云采集，得到原始点云数据；12、步骤s12：对原始点云数据进行数据预处理，得到点云预处理数据；13、步骤s13：对点云预处理数据进行点云分割，得到点云分割数据；14、步骤s14：对点云分割数据进行特征参数提取，得到特征参数列表；15、步骤s15：根据特征参数列表进行特征库构建，得到精密模具特征库。16、本发明通过使用高精度三维扫描仪采集原始点云数据，能够准确、快速地获取精密模具的三维几何信息，为后续的参数化建模和仿真分析提供可靠的数据基础。对原始点云数据进行去噪、平滑、精简等预处理，可以有效去除数据采集过程中的噪声和冗余信息，提高点云数据的质量，为后续的点云分割和特征提取奠定基础。点云分割将模具点云数据分割成多个具有语义信息的点云簇，例如平面、圆柱、孔等，使得后续的特征提取能够针对不同的特征类型进行，提高特征提取的效率和准确性。特征参数提取能够将点云分割数据转化为可量化的特征参数，例如平面法向量、圆柱半径、孔直径等，为后续的特征库构建和参数化建模提供必要的数据支持。精密模具特征库的构建，可以实现对模具特征的分类管理和快速检索，提高模具设计的效率，并为后续的参数化模型重用和知识积累奠定基础。17、优选地，步骤s2包括以下步骤：18、步骤s21：根据精密模具特征库进行特征拓扑排序分析，得到有序特征列表；根据有序特征列表进行基准面创建，得到基准面数据集；19、步骤s22：根据有序特征列表以及基准面集进行基本体素生成，得到基本体素数据集；20、步骤s23：根据基本体素数据集对特征参数列表进行特征参数映射，得到特征参数映射数据；对特征参数映射数据进行基本体素参数化控制，得到参数化基本体素数据集；21、步骤s24：根据有序特征列表对参数化基本体素数据集进行特征操作，得到特征实体数据集；对特征实体数据集进行特征平滑处理，得到平滑特征实体数据集；对平滑特征实体数据集进行特征参数关联，得到关联参数；22、步骤s25：获取模具设计规则数据；根据模具设计规则数据以及关联参数进行模具设计规则嵌入，得到规则约束参数；23、步骤s26：根据规则约束参数进行模型简化，得到简化参数模型；对简化参数模型进行参数化模型输出，得到参数化模型。24、本发明通过特征拓扑排序分析能够确定模具特征的构建顺序，保证参数化建模过程的逻辑性；基准面创建则为后续的特征操作提供统一的参考系，提高建模效率和模型精度。基本体素的生成，为后续的特征操作提供了基础模型，使得模具模型的构建过程更加规范化和模块化，提高建模效率。特征参数映射将模具特征参数与基本体素的几何参数相关联，实现对模型尺寸的精确控制；参数化基本体素数据集的生成，为后续的特征操作提供了可控的参数化模型，方便进行模型修改和优化。特征操作根据有序特征列表，逐步构建出完整的模具模型；特征平滑处理消除了模型表面的尖角和棱边，提高模型质量；特征参数关联则建立了特征之间的约束关系，保证模型设计的合理性。模具设计规则数据的引入，保证了模具模型的设计符合相关标准和规范；规则约束参数的生成，则将设计规则转化为可量化的参数约束，方便进行模型检查和修正。模型简化在保证仿真精度的前提下，去除对仿真结果影响较小的特征和细节，提高仿真效率；参数化模型输出则为后续的仿真分析提供了可直接使用的模型数据。25、优选地，步骤s3包括以下步骤：26、步骤s31：对精密模具材料样品进行多晶体积单元模型构建，得到多晶体积单元模型；27、步骤s32：利用预设的载荷边界条件对多晶体积单元模型进行单元力学数值模拟，得到单元力学响应数据；28、步骤s33：根据单元力学响应数据对多晶体积单元模型进行材料温度影响力学性能分析，得到材料温度影响参数；根据单元力学响应数据对多晶体积单元模型进行材料应变率力学性能分析，得到材料应变率参数；29、步骤s34：根据单元力学响应数据进行宏观本体模型拟合，得到宏观本体模型；30、步骤s35：利用材料温度影响参数以及材料应变率参数对宏观本体模型进行模型材料参数修正并进行材料本构数据库构建，得到材料本构数据库。31、本发明通过构建多晶体积单元模型能够真实地反映材料的微观结构特征，例如晶粒尺寸、形状、取向等，为后续的单元力学数值模拟提供更贴近实际的模型基础，从而提高仿真结果的可靠性。单元力学数值模拟可以模拟材料在不同载荷条件下的力学行为，例如应力-应变关系、屈服行为等，为后续的材料性能分析提供数据支持。分析材料温度和应变率对力学性能的影响，可以更准确地描述材料在不同工况下的力学行为，提高材料模型的预测精度，例如在高温、高应变率条件下。宏观本体模型能够将材料的微观力学行为与宏观力学性能建立联系，为后续的模具仿真分析提供可直接使用的材料模型。材料参数修正可以进一步提高材料模型的预测精度，使其能够更准确地描述材料在不同温度和应变率条件下的力学行为；材料本构数据库的构建则方便了材料模型的管理和调用，提高了仿真分析的效率。32、优选地，步骤s31包括以下步骤：33、步骤s311：对精密模具材料样品进行微观结构成像处理，得到微观结构图像数据；根据微观结构图像数据进行体积单元建模，得到体积单元模型；34、步骤s312：对体积单元模型进行有限元网格划分，得到网格化体积单元模型；35、步骤s313：对模具材料样品进行单晶材料性能测试，得到单晶材料性能参数；36、步骤s314：根据单晶材料性能参数进行单晶本体模型构建，得到单晶本体模型；37、步骤s315：对单晶本体模型以及网格化体积单元模型进行体积单元多晶化，得到多晶体积单元模型。38、本发明通过微观结构成像和体积单元建模，可以将材料的微观结构信息，例如晶粒尺寸、形状、分布等，数字化地表达出来，为后续的多晶体积单元模型构建提供基础模型。有限元网格划分将体积单元模型离散化为有限个单元和节点，为后续的单元力学数值模拟提供计算模型。单晶材料性能测试可以获取材料在理想状态下的力学性能参数，例如弹性模量、泊松比、屈服强度等，为后续的单晶本体模型构建提供数据基础。单晶本体模型能够描述单晶材料的力学行为，为后续的体积单元多晶化提供材料本构模型。体积单元多晶化将单晶本体模型赋予网格化体积单元模型，并根据实际材料的晶粒取向分布规律，为每个单元赋予不同的晶体取向，从而构建出更真实地反映材料微观结构特征的多晶体积单元模型。39、优选地，步骤s4包括以下步骤：40、步骤s41：获取模具加工工艺数据；对模具加工工艺数据以及模具设计规则数据进行工艺参数提取，得到初始工艺参数；41、步骤s42：根据参数化模型进行接触区域识别，得到接触区域数据；根据接触区域数据对模具材料样品进行接触特性测试，得到接触特性参数；42、步骤s43：根据初始工艺参数、接触区域数据以及接触特性参数进行热力边界条件映射分析，得到边界映射条件数据；43、步骤s44：对边界映射条件数据进行边界条件耦合，得到耦合边界条件数据；44、步骤s45：对耦合边界条件数据进行边界条件验证，得到边界条件验证数据；对边界条件验证数据进行精细化输出，得到精细化边界条件数据。45、本发明通过获取模具加工工艺数据并提取初始工艺参数，能够将实际生产过程中的关键参数引入到仿真分析中，例如加工温度、冷却方式等，提高仿真结果与实际工况的相符程度。接触区域识别和接触特性测试，可以获取模具与工件、模具与模架等部件之间的接触信息，例如接触面积、接触压力、摩擦系数等，为后续的边界条件定义提供依据。热力边界条件映射分析，将初始工艺参数、接触区域数据以及接触特性参数转化为具体的热力边界条件，例如热流密度、对流换热系数、接触热阻等，并将其映射到参数化模型的对应区域，为后续的仿真分析提供准确的边界条件设置。边界条件耦合考虑了不同边界条件之间的相互影响，例如模具与工件之间的接触热传递、模具与冷却水道之间的对流换热等，使得边界条件设置更加符合实际情况，提高仿真结果的可靠性。边界条件验证可以检查边界条件设置的合理性和准确性，避免由于边界条件设置错误导致的仿真结果偏差；边界条件精细化输出则可以提高仿真计算精度，例如对复杂形状的接触区域进行网格细化、对温度变化剧烈的区域进行时间步长调整等。46、优选地，步骤s43包括以下步骤：47、步骤s431：根据初始工艺参数、接触区域数据以及接触特性参数进行热边界条件定义，得到热边界条件数据；48、步骤s432：根据初始工艺参数、接触区域数据以及接触特性参数进行力边界条件定义，得到力边界条件数据；49、步骤s433：根据热边界条件数据以及力边界条件数据对参数化模型进行网格自适应处理，得到自适应网格模型；50、步骤s434：根据热边界条件数据以及力边界条件数据对参数化模型进行边界条件映射，得到边界映射条件数据。51、本发明通过综合考虑初始工艺参数、接触区域数据以及接触特性参数，能够定义出更贴近实际情况的热边界条件，例如模具型腔表面的温度、热流密度等，提高仿真结果的准确性。通过综合考虑初始工艺参数、接触区域数据以及接触特性参数，可以定义出更准确的力边界条件，例如模具型腔表面受到的压力、摩擦力等，提高仿真结果的可靠性。根据热边界条件和力边界条件进行网格自适应处理，可以在保证仿真精度的前提下，优化网格划分方案，例如在温度变化剧烈或应力集中区域加密网格，提高仿真效率。边界条件映射将定义好的热边界条件和力边界条件，准确地施加到自适应网格模型的对应节点或单元上，为后续的仿真计算提供准确的边界条件输入。52、优选地，步骤s5包括以下步骤：53、步骤s51：将简化参数模型导入仿真软件，根据材料本构数据库进行材料属性赋予，得到赋予材料属性模型；54、步骤s52：根据精细化边界条件数据对赋予材料属性模型进行边界条件施加，得到施加边界条件模型；55、步骤s53：对施加边界条件模型进行求解器配置，得到求解器配置数据；根据求解器配置数据对施加边界条件模型进行多物理场耦合，得到耦合仿真模型；56、步骤s54：对耦合仿真模型进行仿真计算，得到原始仿真数据；对原始仿真数据进行仿真可视化，得到可视化仿真数据；根据可视化仿真数据进行仿真结果分析，得到仿真分析报告；57、步骤s55：根据仿真分析报告以及可视化仿真数据进行仿真结果数据库构建，得到仿真结果数据库。58、本发明通过将简化参数模型导入仿真软件并赋予材料属性，为后续的仿真分析创建了基础模型，并确保仿真模型能够准确地反映模具材料的力学性能。边界条件施加将实际工况下的热力边界条件施加到仿真模型上，使得仿真模型能够更真实地反映模具在实际工作环境下的受力状态和温度场分布。求解器配置和多物理场耦合，可以根据仿真分析的需求选择合适的求解算法和耦合方式，提高仿真计算效率和精度，并能够模拟模具在实际工作过程中多个物理场之间的相互作用，例如热-力耦合。仿真计算、可视化和分析，可以直观地展现模具在不同工况下的温度场、应力场、变形场等信息，为模具设计优化和性能评估提供依据。仿真结果数据库的构建，方便了仿真数据的管理、查询和分析，为后续的模型修正和优化提供了数据支持，并能够积累仿真经验，提高仿真效率。59、优选地，步骤s6包括以下步骤：60、步骤s61：根据仿真结果数据库以及模具设计规则数据进行验证指标提取，得到待验证指标列表；61、步骤s62：根据待验证指标列表进行传感器布置方案分析，得到传感器布置方案；根据传感器布置方案进行试模实验执行，得到实验数据；62、步骤s63：对仿真结果数据库以及实验数据进行对比数据提取，得到对比数据集；对对比数据集进行量化对比分析，得到误差分析结果数据；63、步骤s64：根据误差分析结果数据进行偏差来源识别，得到偏差来源数据；根据偏差来源数据对仿真结果数据库中的初始仿真模型进行模型偏差参数修正，得到偏差修正参数；64、步骤s65：将偏差修正参数导入仿真结果数据库中的初始仿真模型进行参数修正仿真计算，得到参数修正仿真计算结果数据；对参数修正仿真计算结果数据以及实验数据进行吻合度分析，得到吻合度数据；65、步骤s66：若吻合度数据小于预设的吻合度阈值，则返回执行步骤s64；若吻合度数据大于等于预设的吻合度阈值，则生成精密模具参数化仿真模型。66、本发明通过提取需要验证的关键指标，明确了仿真模型验证的目标，为后续的实验设计和结果分析提供了方向。合理的传感器布置方案能够获取关键部位的准确数据，为仿真模型验证提供可靠的实验数据支持。对比数据集和误差分析结果数据，可以量化评估仿真模型的精度，为后续的模型修正提供依据。偏差来源识别可以找出导致仿真误差的主要因素，例如材料参数、边界条件等，为模型修正提供方向；模型偏差参数修正则可以针对性地调整模型参数，提高仿真精度。参数修正仿真计算和吻合度分析，可以评估模型修正的效果，判断是否达到预期的精度要求。通过循环迭代优化，直至仿真模型的精度满足预设要求，最终得到高精度、可靠的精密模具参数化仿真模型。67、优选地，本发明还提供了一种精密模具的参数化仿真模型设计系统，用于执行如上所述的精密模具的参数化仿真模型设计方法，该精密模具的参数化仿真模型设计系统包括：68、精密模具特征识别模块，用于利用高精度三维扫描仪对精密模具进行原始点云采集，得到原始点云数据；对原始点云数据进行特征参数提取，得到特征参数列表；根据特征参数列表进行特征库构建，得到精密模具特征库；69、参数化建模模块，用于根据精密模具特征库以及特征参数列表进行特征参数关联，得到关联参数；获取模具设计规则数据；根据模具设计规则数据以及关联参数进行模型简化，得到简化参数模型；对简化参数模型进行参数化模型输出，得到参数化模型；70、多尺度材料表征模块，用于对精密模具材料样品进行多晶体积单元模型构建，得到多晶体积单元模型；对多晶体积单元模型进行单元力学数值模拟，得到单元力学响应数据；根据单元力学响应数据进行宏观本体模型拟合，得到宏观本体模型；对宏观本体模型进行材料本构数据库构建，得到材料本构数据库；71、边界条件精细化模块，用于根据模具设计规则数据以及参数化模型进行热力边界条件映射分析，得到边界映射条件数据；对边界映射条件数据进行精细化输出，得到精细化边界条件数据；72、多物理场耦合仿真模块，用于将简化参数模型导入仿真软件，根据材料本构数据库以及精细化边界条件数据进行多物理场耦合，得到耦合仿真模型；对耦合仿真模型进行仿真计算，得到原始仿真数据；根据原始仿真数据进行仿真结果数据库构建，得到仿真结果数据库；73、仿真结果验证模块，用于根据仿真结果数据库以及模具设计规则数据进行试模实验执行，得到实验数据；根据仿真结果数据库以及实验数据进行模型偏差参数修正，得到偏差修正参数；将偏差修正参数导入仿真结果数据库中的初始仿真模型进行参数修正仿真吻合度分析，得到吻合度数据；根据吻合度数据进行精密模具参数化仿真模型生成，得到精密模具参数化仿真模型。74、本发明通过三维扫描获取精密模具的数字化模型，并提取特征参数构建特征库，实现了模具几何信息的数字化和结构化表达，为后续的参数化建模、仿真分析以及知识积累奠定了基础。利用特征库和特征参数进行参数化建模，并结合模具设计规则进行模型简化和约束，最终得到满足设计要求且易于修改和优化的参数化模型，提高了模具设计的效率和质量。通过构建多晶体积单元模型，模拟材料的微观结构和力学行为，并结合温度和应变率的影响，建立了更准确的材料本构模型，为仿真分析提供了可靠的材料属性数据。根据加工工艺数据、接触信息和材料特性，对仿真模型进行精确的热力边界条件定义和施加，确保了仿真模型能够真实地反映模具在实际工作环境下的受力状态和温度场分布。利用仿真软件对参数化模型进行多物理场耦合仿真分析，可以直观地展现模具在不同工况下的温度场、应力场、变形场等信息，为模具设计优化和性能评估提供依据。通过实验验证和模型修正，不断提高仿真模型的精度和可靠性，最终得到能够准确预测模具性能的参数化仿真模型，为模具设计优化提供可靠的工具。因此，本发明提供了一种精密模具的参数化仿真模型设计方法及系统。通过点云扫描、特征提取、参数化建模等技术，大大简化了建模过程，提高了建模效率；同时，通过多晶体积单元模型、精细化边界条件、多物理场耦合仿真、试模实验验证的手段，全面考虑了材料、几何、工艺、边界条件等影响因素，提高了建模效率和仿真精度。