技术领域
[0001] 本
发明属于仿真技术领域，具体涉及一种适用沙漠地区电子装备综合环境试验仿真系统及方法，可用于对电子装备进行环境试验仿真。
背景技术
[0002] 我国沙漠地区属典型的大陆性
气候，日照强烈，冷热巨变，
风大沙大，对于在沙漠地区使用的电子装备性能的影响极大。通常，风砂影响电子装备的正常工作，砂粒会进入装备内，对机械部分造成磨损；过强的
太阳辐射导致外露有机材料
加速老化和粉化，油漆加速退色，橡皮老化发硬开裂、弹性减低；巨大温差使材料因剧烈膨胀、收缩产生应
力，交替凝露、冻结和蒸烤，加速元件、材料机械损伤和电性能的变化。因此，很有必要针对电子装备在沙漠地区环境影响及适应性研究。
[0003] 由于自然环境试验数据的积累周期较长，实验室环境又有一定的局限性，不能完全满足设备研制、生产和使用的要求。为了模拟物体所处的实际环境，研究环境因素变化对产品表面和内部器件的影响，需要对物体进行环境试验仿真。环境试验仿真技术又称为环境适应性仿真技术或
虚拟环境仿真试验技术，是应用数字仿真技术，对装备在实际环境中产生的环境效应及其对装备的影响进行分析、评价和预测的技术。虚拟仿真试验技术具有独特的优势，可以对实际试验难以完成的多种复杂的多环境
应力响应问题进行模拟；可以对整机系统进行虚拟仿真试验分析；可以弥补环境试验的不足，又可以避免长时间的试验和高额的
费用。因此，开发电子装备环境适应性仿真技术，发挥仿真技术在评价装备环境影响上的技术优势，更好地为装备的研制生产和使用服务，具有重要的意义。
[0004] 从目前公开的资料来看，相关领域的研究机构已经进行针对电子装备的环境试验仿真研究，其方法为首先建立电子装备三维仿真模型并利用网格划分
软件对其进行流场网格划分；然后根据实际情况设置边界条件、初始化、选择求解模型等，采用
流体仿真计算软件进行仿真计算；最后输出仿真计算结果。然而，在仿真试验计算中如果输入变量稍加改变，就需要对所有的计算过程重新进行，并且在仿真试验全部过程中，其试验过程会用到多种独立软件，试验操作流程比较复杂，试验效率低下。例如王丽君，佟丽莉在其发表的论文“地面雷达天线罩风载下的数值模拟与风洞试验研究”《( 工程力学》2016，33(S1)：283-289)中公开了一种地面雷达天线罩风载下的数值模拟方法，该方法通过用SolidWorks建立雷达天线罩的微缩模型，借助ANSYS ICEM CFD进行结构网格划分，并将结构网格划分完的模型导入FLUENT中进行风载的流场计算。在FLUENT流场计算中，选用了RNGK-ξ模型，并对风速为20m/s、28m/s和36m/s下的雷达天线罩的数值模拟和风洞实验的风压结果进行对比。其存在的不足之处是：在进行雷达天线罩风载下的数值仿真时，包括网格划分及数值计算，需要在不同的独立软件中进行，并且缺少针对FLUENT软件进行二次开发，在不同的风速下对雷达天线罩进行数值仿真时，就需要对计算流程从头开始重新设置边界条件、初始化、选择求解模型等操作，导致试验过程繁琐，效率较低。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于针对上述问题，提出了一种适用沙漠地区电子装备综合环境试验仿真系统及方法，旨在实现对电子装备环境试验仿真，并提高仿真效率。
[0006] 本发明的技术思路是：基于大温差、多风砂和强太阳辐射等恶劣复杂环境，首先建立电子装备
几何模型，然后利用FLUENT提供的二次开发
接口，编写参数化用户自定义函数UDF文件，同时利用对FLUENT进行二次开发的方式，编写参数化日志文件；并利用集成在仿真系统中的网格划分软件对电子装备几何模型进行流场网格划分，最后，利于集成在仿真系统中的仿真计算软件，调用参数化日志文件和参数化用户自定义函数UDF文件进行自动仿真计算。
[0007] 根据上述技术思路，实现本发明目的采取的技术方案为：
[0008] 一种适用沙漠地区电子装备综合环境试验仿真系统，包括前处理模
块、
网格模型建模模块、生成仿真计算文件模块、仿真计算及后处理模块和文件管理库模块，该五个模块和仿真所涉及的软件均集成在所述的仿真系统中，其中：
[0009] 前处理模块，包括仿真试验对象子模块、编写程序子模块和编写日志文件子模块，其中：仿真试验对象子模块，用于构建电子装备几何模型；编写程序子模块，用于编写
温度、砂尘和温度、砂尘、太阳辐射综合环境的程序文件；编写参数化日志文件子模块，用于编写电子装备几何模型在温度、砂尘、太阳辐射环境不同形式的参数化日志文件；
[0010] 网格模型建模模块，包括模型读取子模块、建立几何边界子模块、施加边界条件子模块、网格划分子模块其中：模型读取子模块，用于获取电子装备几何模型；建立几何边界子模块，用于对电子装备几何模型建立几何边界；施加边界条件子模块，用于对已建立几何边界的几何模型施加边界条件；网格划分子模块，用于对施加边界条件后的几何模型进行流场网格划分；
[0011] 生成仿真计算文件模块，包括单环境生成仿真计算文件子模块、组合环境生成仿真计算文件子模块和综合环境生成仿真计算文件子模块，其中：单环境生成仿真计算文件子模块，用于生成温度、或砂尘或太阳辐射仿真计算日志文件与温度、或砂尘的仿真计算自定义函数UDF文件；组合环境生成仿真计算文件子模块，用于生成温度及砂尘耦合、或温度及太阳辐射耦合或砂尘及太阳辐射耦合仿真计算日志文件与温度和砂尘、或温度或砂尘仿真计算自定义函数UDF文件；综合环境生成仿真计算文件子模块，用于生成温度、砂尘和太阳辐射耦合综合环境仿真计算日志文件与温度和砂尘仿真计算自定义函数UDF文件；
[0012] 仿真计算及后处理模块，包括调用仿真软件子模块、求解计算子模块、后处理子模块，其中：调用仿真软件子模块，用于调用仿真计算软件；求解计算子模块，用于完成
对流场网格划分模型的仿真计算；后处理子模块，用于查看仿真结果
云图；
[0013] 文件管理库模块，用于存储前处理模块、网格模型建模模块、生成仿真计算文件模块、仿真计算及后处理模块的结果文件。
[0014] 上述一种适用沙漠地区电子装备综合环境试验仿真系统，所述单环境生成仿真计算文件子模块，包括温度仿真计算文件子模块、砂尘仿真计算文件子模块和太阳辐射仿真计算文件子模块，其中：
[0015] 温度仿真计算文件子模块，用于生成温度仿真计算日志文件及温度仿真计算自定义函数UDF文件；
[0016] 砂尘仿真计算文件子模块，用于生成砂尘仿真计算日志文件及砂尘仿真计算自定义函数UDF文件；
[0017] 太阳辐射仿真计算文件子模块，用于生成太阳辐射仿真计算日志文件。
[0018] 上述一种适用沙漠地区电子装备综合环境试验仿真系统，所述组合环境生成仿真计算文件子模块，包括温度及砂尘耦合仿真计算文件子模块、温度及太阳辐射耦合仿真计算文件子模块和砂尘及太阳辐射耦合仿真计算文件子模块，其中：
[0019] 温度及砂尘耦合仿真计算文件子模块，用于生成温度及砂尘耦合仿真计算日志文件与温度和砂尘仿真计算自定义函数UDF文件；
[0020] 温度及太阳辐射耦合仿真计算文件子模块，用于生成温度及太阳辐射耦合仿真计算日志文件与温度仿真计算自定义函数UDF文件；
[0021] 砂尘及太阳辐射耦合仿真计算文件子模块，用于生成砂尘及太阳辐射耦合仿真计算日志文件与砂尘仿真计算自定义函数UDF文件。
[0022] 一种适用沙漠地区电子装备综合环境试验仿真方法，包括如下步骤：
[0023] (1)前处理模块构建电子装备几何模型，同时编写不同环境的参数化程序文件和不同环境不同形式的参数化日志文件，实现步骤为：
[0024] 1a)仿真试验对象子模块构建电子装备几何模型，并对其简化，保存至文件管理库模块；
[0025] 1b)利用仿真计算软件提供的二次开发接口，编写程序子模块编写参数化温度、砂尘及综合环境的自定义函数UDF文件，并将所需
修改的参数进行标识，得到参数化自定义函数UDF文件，并保存至文件管理库模块；
[0026] 1c)编写日志文件子模块编写温度、砂尘和太阳辐射环境不同形式的参数化日志文件并对其参数进行标识，得到参数化日志文件，并保存至文件管理库模块；
[0027] (2)网格模型建模模块对读取的电子装备几何模型文件进行流场网格划分，得到流场网格划分模型文件，实现步骤为：
[0028] 2a)网格模型建模子模块调用网格划分软件；
[0029] 2b)模型读取子模块利用网格划分软件读取文件管理库中的电子装备几何模型文件；
[0030] 2c)建立几何边界子模块在网格划分软件中建立电子装备几何模型文件显示的电子装备几何模型的几何边界；
[0031] 2d)施加边界条件子模块在网格划分软件中对已建立几何边界的电子装备几何模型施加边界条件；
[0032] 2e)网格划分子模块在网格划分软件中对已施加边界条件的电子装备几何模型进行基于
边界层加非结构网格形式的网格划分，得到流场网格划分模型文件，并保存至文件管理库模块；
[0033] (3)生成仿真计算文件模块生成仿真计算日志文件和仿真计算自定义函数UDF文件，实现步骤为：
[0034] 3a)生成仿真计算文件模块根据用户需求，从单环境生成仿真计算文件子模块包含的子模块、组合环境生成仿真计算文件子模块包含的子模块和综合环境生成仿真计算文件子模块中，任意选择一
种子模块；
[0035] 3b)输入步骤3a)选择出的子模块对应环境所需的变量；
[0036] 3c)步骤3a)选择出的子模块，从文件管理库模块中调出该子模块对应的参数化日志文件和参数化自定义函数UDF文件，并同时将参数化日志文件标识的参数和参数化自定义函数UDF文件标识的参数，分别根据输入的变量进行修改，得到仿真计算日志文件和仿真计算自定义函数UDF文件，并保存至文件管理库模块；
[0037] (4)仿真计算及后处理模块对流场网格划分模型进行仿真计算，得到仿真结果云图，实现步骤为：
[0038] 4a)调用仿真软件子模块调用仿真计算软件；
[0039] 4b)求解计算子模块利用仿真计算软件读取从文件管理库模块中调出的仿真计算日志文件及仿真计算自定义UDF函数文件，实现对流场网格划分模型文件显示的模型进行自动驱动计算；
[0040] 4c)后处理模块根据用户需求，对仿真计算完成后的流场网格划分模型，设置输出的模型面及云图类别，得到仿真结果云图，并保存至文件管理库模块；
[0041] 5)当用户需要再次对电子装备进行温度、太阳辐射、砂尘不同环境不同形式的试验仿真时，只需执行步骤3)～步骤4)即可。
[0042] 本发明与
现有技术相比，具有如下优点：
[0043] 1、本发明由于在仿真方法中，对流场网格划分模型进行环境试验仿真计算时，若输入的变量改变时，只需重新生成仿真计算日志文件及仿真计算自定义函数UDF文件，通过集成软件中的子功能句柄发送消息调用仿真计算日志文件及仿真计算自定义函数UDF文件来实现对FLUENT软件的二次开发，驱动FLUENT自动进行仿真计算，得到环境试验仿真计算结果，简化了仿真过程，减少重复性工作，缩短了计算周期，与现有的技术相比，有效的提高了环境试验仿真过程的效率。
[0044] 2、本发明由于在仿真系统中，将网格模型建模模块涉及的网格划分模型软件ANSYS ICEM和仿真计算及后处理模块涉及的仿真计算软件ANSYS FLUENT的软件界面在使用时集成在该系统中，能够实现在不同软件界面之间进行切换，与现有的技术相比，进一步提高了环境试验仿真过程的效率。
[0045] 3、本发明由于在仿真方法中，利用仿真计算软件提供的二次开发接口，编写温度、砂尘和温度、砂尘及太阳辐射综合求解程序，弥补了FLUENT软件在电子装备对温度、砂尘和综合环境模拟环境试验仿真计算方面的不足。
附图说明
[0046] 图1是本发明仿真系统的结构示意图；
[0047] 图2是本发明仿真系统中单环境生成仿真计算文件子模块的结构示意图；
[0048] 图3是本发明仿真系统中组合环境生成仿真计算文件子模块的结构示意图；
[0049] 图4是本发明仿真方法的实现流程
框图；
[0050] 图5是本发明仿真方法中流场网格划分的实现流程框图；
[0051] 图6是本发明仿真方法中仿真计算及后处理的实现流程框图。
具体实施方式
[0052] 以下结合附图和具体
实施例，对本发明作进一步的详细描述：
[0053] 参照图1，一种适用沙漠地区电子装备综合环境试验仿真系统，包括前处理模块1、网格模型建模模块2、生成仿真计算文件模块3、仿真计算及后处理模块4和文件管理库模块5，该五个模块和仿真所涉及的软件均集成在所述的仿真系统中，其中：
[0054] 前处理模块1，包括仿真试验对象子模块11、编写程序子模块12和编写日志文件子模块13，其中：仿真试验对象子模块11，用于采用商用Pro/E建立雷达装备环境试验仿真几何模型，并对其进行简化；编写程序子模块12，利用FLUENT软件提供的二次开发接口，采用高级编程语言C编写温度、砂尘及温度、砂尘和太阳辐射综合环境的自定义函数UDF文件，并将参数加以标识，其中温度求解函数采用大温差与流场求解耦合开展，计算所采用的流场控制方程是纳维－斯托克斯方程方程，
湍流模型采用
剪切应力传输模型，基于方程得到构建入口风速轮廓线的自定义UDF函数文件；砂尘流场中砂粒采用流体仿真软件的离散颗粒模型模拟沙粒的跃移运动；对粉尘悬移运动采用欧拉拟流
体模型计算其浓度分布，基于所选的模型方法，分别得到入口粉尘浓度廓线和地表砂粒起跳条件的计算自定义UDF函数文件；综合环境耦合求解根据给定的日气温、风速及
相对湿度变化规律，分别得到
盐度分布、湿度分布和综合环境参数的自定义UDF函数文件；编写日志文件子模块13，采用TUI语言编写雷达装备在温度、砂尘、太阳辐射环境不同形式的参数化日志文件并将参数加以标识；
[0055] 网格模型建模模块2，包括模型读取子模块21、建立几何边界子模块22、施加边界条件子模块23和网格划分子模块24，其中：模型读取子模块21，用于通过商用软件ANSYS ICEM获取雷达装备环境试验仿真几何模型；建立几何边界子模块22，用于在ANSYS ICEM中对雷达装备几何模型建立几何边界；施加边界条件子模块23，用于在ANSYS ICEM对已建立几何边界的几何模型施加边界条件；网格划分子模块24，用于在ANSYS ICEM中对施加边界条件后的几何模型进行基于边界层加非结构网格形式进行流场网格划分；
[0056] 生成仿真计算文件模块3，包括单环境生成仿真计算文件子模块31、组合环境生成仿真计算文件子模块32和综合环境生成仿真计算文件子模块33，其中：单环境生成仿真计算文件子模块31，根据用户需求，选择温度仿真计算文件子模块311、砂尘仿真计算文件子模块312或太阳辐射仿真计算文件子模块313任意一种子模块，用户输入选择的子模块对应环境所需的变量，并从文件管理库模块5调出该子模块对应的的参数化日志文件和参数化自定义函数UDF文件，并同时将参数化日志文件中标识的参数和参数自定义函数UDF文件中标识的参数分别根据输入的变量进行修改，得到选择子模块对应的仿真计算日志文件和仿真计算自定义函数UDF文件，并保存至文件管理库模块5；
[0057] 组合环境生成仿真计算文件子模块32，根据用户需求，选择温度及砂尘耦合仿真计算文件子模块321、或温度及太阳辐射耦合仿真计算文件子模块322或砂尘及太阳辐射耦合仿真计算文件子模块323任意一种子模块，用户输入选择的子模块对应环境所需的变量，并从文件管理库模块5调出该子模块对应的的参数化日志文件和参数化自定义函数UDF文件，并同时将参数化日志文件中标识的参数和参数自定义函数UDF文件标识的参数分别根据输入的变量进行修改，得到选择子模块对应的仿真计算日志文件和仿真计算自定义函数UDF文件，并保存至文件管理库模块5；
[0058] 综合环境生成仿真计算文件子模块33，用户输入综合环境仿真计算文件子模块对应环境所需的变量，并从文件管理库模块5中调出该子模块对应的参数化日志文件和自定义函数UDF文件，并同时将参数化日志文件中标识的参数和参数化自定义函数UDF文件标识的参数分别根据输入的变量进行修改，得到综合环境仿真计算日志文件与温度、砂尘和综合环境仿真计算自定义函数UDF文件，并保存至文件管理库模块5；
[0059] 仿真计算及后处理模块4，包括调用仿真软件子模块41、求解计算子模块42、后处理子模块43，其中：调用仿真软件子模块41，用于调用仿真计算软件ANSYS FLUENT；求解计算子模块，用于从文件管理库模块5调出仿真计算日志文件及仿真计算自定义函数UDF文件，求解计算子模块42利用仿真计算软件ANSYS FLUENT完成对流场网格划分模型的仿真计算；后处理子模块43，用于完成对流场网格划分模型的仿真计算后，对计算完的流场网格划分模型设置输出模型表面及云图类别，查看输出仿真结果云图，并保存至文件管理库模块5；
[0060] 文件管理库模块5，用于存储前处理模块1、网格模型建模模块2、生成仿真计算文件模块3、仿真计算及后处理模块4的结果文件。
[0061] 参照图2，单环境生成仿真计算文件子模块31，包括温度仿真计算文件子模块311、砂尘仿真计算文件子模块312和太阳辐射仿真计算文件子模块313，其中：
[0062] 温度仿真计算文件子模块311，用于生成温度仿真计算日志文件及温度仿真计算自定义函数UDF文件；
[0063] 砂尘仿真计算文件子模块312，用于生成砂尘仿真计算日志文件及砂尘仿真计算自定义函数UDF文件；
[0064] 太阳辐射仿真计算文件子模块313，用于生成太阳辐射仿真计算日志文件。
[0065] 参照图3，组合环境生成仿真计算文件子模块32，包括温度及砂尘耦合仿真计算文件子模块321、温度及太阳辐射耦合仿真计算文件子模块322和砂尘及太阳辐射耦合仿真计算文件子模块323，其中：
[0066] 温度及砂尘耦合仿真计算文件子模块321，用于生成温度及砂尘耦合仿真计算日志文件及温度、砂尘仿真计算自定义函数UDF文件；
[0067] 温度及太阳辐射耦合仿真计算文件子模块322，用于生成温度及太阳辐射耦合仿真计算日志文件及温度仿真计算自定义函数UDF文件；
[0068] 砂尘及太阳辐射耦合仿真计算文件子模块323，用于生成砂尘及太阳辐射耦合仿真计算日志文件及砂尘仿真计算自定义函数UDF文件。
[0069] 参照图4，一种电子装备沙漠地区综合环境试验仿真方法，包括如下步骤：
[0070] 步骤1，构建电子装备几何模型，同时编写砂尘、温度及砂尘、温度、太阳辐射综合环境的参数化程序文件及温度、砂尘、太阳辐射综合环境不同形式的参数化日志文件，实现步骤为：
[0071] 步骤1a，仿真试验对象子模块11利用Pro/E商用软件构件雷达装备几何模型，并对其进行简化，输出*.igs模型文件并保存至文件管理库模块5；
[0072] 步骤1b，利用FLUENT软件提供的二次开发接口，采用高级编程语言C编写温度、砂尘及温度、砂尘和太阳辐射的自定义函数UDF文件，并将参数加以标识，其中温度求解函数采用大温差求解与流场求解耦合开展，计算所采用的流场控制方程是纳维－斯托克斯方程方程，湍流模型采用剪切应力传输模型，基于方程得到构建入口风速轮廓线的自定义UDF函数文件；砂尘流场中砂粒采用流体仿真软件的离散颗粒模型模拟沙粒的跃移运动；对粉尘悬移运动采用欧拉拟流体模型计算其浓度分布，基于所选的模型方法，分别得到入口粉尘浓度廓线和地表砂粒起跳条件的计算自定义UDF函数文件；综合环境耦合求解根据给定的日气温、风速及相对湿度变化规律，分别得到盐度分布、湿度分布和综合环境参数的自定义UDF函数文件；；
[0073] 步骤1c，编写日志文件子模块13编写日志文件，其文件内容为一行行命令流，包括读取网格文件、边界条件设定、求解器的选择、计算结果的输出等参数，并对这些参数进行标识，得到温度、砂尘、太阳辐射综合环境不同形式的参数化日志文件；
[0074] 步骤2，网格模型建模模块2对电子装备几何模型进行流场网格划分，其实现步骤参照图5：
[0075] 步骤2a，网格模型建模模块2调用ANSYS ICEM网格划分软件；
[0076] 步骤2b，模型读取子模块21利用ANSYS ICEM网格划分软件读取文件管理库模块5中的电子装备*.igs几何模型文件；
[0077] 步骤2c，建立几何边界子模块22在ANSYS ICEM网格划分软件中对电子装备几何模型文件显示的电子装备几何模型建立几何边界；
[0078] 步骤2d，施加边界条件子模块23在ANSYS ICEM网格划分软件中对已建立几何边界的电子装备几何模型施加边界条件；
[0079] 步骤2e，网格划分子模块24在ANSYS ICEM网格划分软件中对已施加边界条件的电子装备几何模型进行基于边界层加非结构网格形式的网格划分，其网格类型划分为四面体，得到流场网格划分模型文件，并保存至文件管理库模块5；
[0080] 步骤3，生成仿真计算文件模块3生成仿真计算日志文件和仿真计算自定义函数UDF文件，实现步骤为：
[0081] 步骤3a，生成仿真计算文件模块3根据用户需求，从单环境生成仿真计算文件子模块31包含的温度仿真计算子模块311、砂尘仿真计算子模块312和太阳辐射仿真计算子模块313、组合环境生成仿真计算文件子模块32包含的温度及砂尘耦合仿真计算文件子模块
321、温度及太阳辐射耦合仿真计算文件子模块322和砂尘及太阳辐射耦合仿真计算文件子模块323和综合环境生成仿真计算文件子模块33中，任意选择一种子模块；
[0082] 步骤3b，用户输入步骤3a)选择出的子模块对应环境所需的变量；
[0083] 步骤3c，步骤3a)选择出的子模块，从文件管理库模块5中调出该子模块对应的参数化日志文件和参数化自定义函数UDF文件，并同时将参数化日志文件标识的参数和参数化自定义函数UDF文件标识的参数分别根据输入变量进行修改，得到仿真计算日志文件和仿真计算自定义函数UDF文件，并保存至文件管理库模块5；
[0084] 步骤4，仿真计算及后处理模块4实现仿真计算及后处理，其实现步骤参照图6：
[0085] 步骤4a，调用仿真软件子模块41调用ANSYS FLUENT仿真计算软件；
[0086] 步骤4b，求解计算子模块42利用ANSYS FLUENT仿真计算软件读取从文件管理库模块5调出的仿真计算日志文件及仿真计算自定义UDF函数文件，实现对流场网格划分模型文件显示的模型进行自动驱动计算；
[0087] 步骤4c，后处理模块43根据用户需求，对仿真计算完成后的流场网格划分模型，设置输出模型面及云图类别，得到仿真结果云图，并保存至文件管理库模块5；
[0088] 步骤5，当用户需要再次对电子装备进行温度、太阳辐射、砂尘不同环境不同形式的试验仿真时，只需执行步骤3～步骤4即可。
[0089] 以上描述仅是本发明的一个具体实例，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的
权利要求保护范围之内。
