机床结构三维参数化形状优化设计

基于计算机辅助设计(Computer aided design, CAD)和计算机辅助工程(Computer aided engineering, CAE)集成技术,开发三维参数化结构形状优化设计平台POSHAPE,为复杂三维机械零部件的设计提供一种通用的工具.为实现优化设计流程的自动化,将三维参数化CAD系统、有限元分析、优化求解和有限元建模等模块集成为完整的通用三维实体参数化形状优化设计系统,形成开放式的结构分析与优化设计集成系统.以CD6140A车床的导轨部分为例,在三维参数化特征造型CAD系统中,以三维实体结构几何模型为对象,以几何尺寸参数为优化设计变量,采用POSHAPE对结构进行形状优化设计,在降低车床质量的同时提高结构刚度和结构自振频率.优化设计结果为机床设计提供重要理论依据.     

考虑结构非线性特征的参数化形状优化方法

提出并实现一种将参数化设计技术应用于考虑结构非线性特征的形状优化设计领域的新方法。参数化设计技术是近年来发展起来的新一代CAD软件平台的核心技术之一。文中基于三维参数化CAD平台，将参数化设计技术、有限元建模技术与有限元分析优化系统集成为参数化的形状优化系统；引入非线性分析技术，以解决工程上大量存在的非线性形状优化问题。该方法克服了以往形状优化方法应用于三维实体结构时所面临的几何形状描述、约束与驱动的困难，为机械产品三维结构优化设计提供一个新途径。     

斜航式法向圆弧螺旋锥齿轮的参数化有限元建模

给出了斜航式法向圆弧螺旋锥齿轮的参数化建模方法。推导了在CAD/CAE软件中建立齿轮齿面的方程,解决了建模过程中由于齿面复杂而引起的技术难点。利用ANSYS软件的APDL语言生成齿轮轮廓的主要关键点,结合实体造型功能建立生成齿轮模型的宏文件,完成参数化程序建立。最后,给出了一对齿轮的实体模型以及基于实体模型建立的有限元模型。     

大型天线结构CAD/CAE集成建模技术研究

以大型天线结构为研究对象,提出并实现了一种CAD/CAE集成建模方法.首先在参数化零件的CAD模型上添加分析特征,然后基于带分析特征的参数化零件构建产品的CAD模型,再从CAD模型中提取分析特征并在CAE环境下重构其几何模型,最后应用基于分析特征的网格,自动划分技术快速建立天线整机的有限元网格模型.实例证明该方法可以显著提高复杂产品CAE建模的速度、准确性和一致性.     

基于ANSYS的汽油钻钻头有限元分析

利用CAD/CAE集成的方法完成了汽油钻钻头的CAD建模及有限元分析。首先以Pro/E为平台建立了钻头的三维参数化模型,经过模型简化以及对有限元的前处理,把所建立的三维CAD模型转化为有限元模型,并利用ANSYS对其进行有限元分析,为钻头的开发和优化设计提供了一定的参考依据。     

CAD/CAE集成中参数化有限元建模的研究

介绍CAD/CAE集成中参数化有限元建模的重要性和实际存在的问题。阐述几何模型转化为有限元模型的理论,提出一种基于VC 和ANSYS接口技术建立参数化有限元模型方法,并以渐开线圆柱直齿轮有限元模型的建立为例,描述了参数化有限元建模过程,并设计了便于用户操作的参数输入界面。     

联合收获机脱粒滚筒参数化CAD方法的研究

介绍基于三维实体建模的联合收获机脱粒滚筒参数化计算机辅助设计 (CAD)方法与关键技术 ,提出脱粒滚筒参数化设计的结构模型和分析求解算法 ,应用MDT软件的二次开发环境研制出脱粒滚筒CAD系统。设计实例表明本系统有利于系列化产品设计并能提高设计效率。     

六面顶压机关键零部件的结构优化设计研究

以有限元法作为结构分析手段，建立了金刚石六面顶压机一种关键零部件的有限元力学模型和结构优化设计模型，在考虑疲劳强度的条件下，完成了该零部件的结构优化设计，为金刚石六面顶压机关键零部件的设计提供了一套较为完整的设计方法和设计系统。同时，采用IGES数据交换标准，实现了实体建模软件Pro／E和有限元分析软件ANSYS之间的有效数据交换，形成了一个较为有效、完整的CAD／CAE集成设计系统，为CAD／CAE／CAM系统集成的研究提供了一个有益的尝试。利用ANSYS的APDL参数化语言，编制了该零部件的结构优化设计程序ODPST，得到了精确可靠的设计参数。     

机械零部件CAD/CAE集成系统研究

研究机械零/部件CAD/CAE集成中的关键技术,包括:参数化建模技术、CAD/CAE模型转换以及有限元模型建立等.通过对UG软件的二次开发实现了典型零件的参数化建模过程.分析了CAD模型中的细节识别、选择、提取,以及细节等过程,给出了模型减维抽象中的中位面提取方法.以UG和ANSYS软件分别作为CAD和CAE软件平台,并以Visual C++、UG/Open、APDL为工具,开发了机械零/部件设计及有限元分析的CAD/CAE集成系统,实现了机械零/部件参数化设计和有限元分析自动化.     

一种基于特征脚本的三维零件模型描述方法

针对零件模型中参数化特征建模过程和约束等信息的描述问题，提出了一种基于特征脚本的三维CAD零件模型描述新方法，使用可扩展标记性语言(XML)描述零件特征脚本，给出了零件模型中草图和形状特征的XML脚本描述方法，针对参数依赖和几何约束信息与几何实体匹配问题，研究了几何实体的持久命名机制；以Creo系统为例，通过程序开发，生成描述零件模型的XML特征脚本文件，并导入该脚本文件，重建特征建模过程以及参数和几何依赖关系，验证了基于特征脚本CAD零件模型描述方法的可行性。     

面向CAD系统的连续体结构形状与拓扑优化

针对当前连续体结构优化所面临的有限元模型与CAD模型转换困难,产品设计意图和结构工艺在优化过程中难以保持等问题,研究了面向CAD系统的连续体结构形状与拓扑优化方法。通过分析CAD几何表达和CAE网格划分特点,采用欧拉网格和扩展有限元法,建立面向结构优化的CAD/CAE模型融合机制;而后基于连续体物质导数,推导了CAD直接建模操作敏度,驱动CAD实体模型进行结构形状与拓扑优化。在此基础上,针对操作敏度量纲不一致问题,采用速度场均匀化方法,修正操作敏度,以提高优化收敛效率。通过三维CAD实体模型结构优化实例,验证了上述方法的可行性和求解效率。     

基于STEP中性文件的有限元自动建模

直接利用CAD系统的几何造型 ,以STEP中性文件为CAD造型系统与有限元单元剖分系统间的几何和拓朴信息传递媒介 ,实现有限元单元的自动剖分。按STEP/AP2 0 3的语义模型提取STEP中性文件中三维形体的表面信息 ,将该形体的每个表面映射到二维参数平面 ;利用参数平面的边界数据和二维单元自动剖分模块 ,用推进波前法实现表面网络的自动生成 ;然后由表及里实现三维实体单元的生成 ,系统基于STEP中性数据文件 ,可以与多个流行的CAD系统实行连接。     

基于Pro/Engineer、Ansys的横车有限元分析

研究了某船尾门吊设备的关键部件--横车的结构设计和分析系统(CAD/CAE)集成,利用Pro/Engineer和Ansys软件分别作为设计系统和分析系统,采用IGES数据交换接口,对横车进行三维实体建模,得到了横车的位移、应变和应力分析结果,为横车的结构优化设计提供了可靠的分析数据.     

全自动金丝球焊机的CAD/CAE设计研究

全自动金丝球焊机是微电子封装设备中的核心设备,它是集精密机械、自动控制、图像识别、计算机应用、光学、超声波焊接等多领域技术于一体的现代高技术微电子生产设备.工作原理是通过X-Y工作台和焊头的三维运动控制,定位并拉出设定的金丝线型,采用超声波热压球焊方法焊接芯片管脚.技术路线是应用光机电一体化技术和采用CAD/CAE技术手段进行研制与开发.超声球焊和高速高精度运动定位技术是关键技术.为使球焊机达到高速高精度焊接的要求,应用CAD/CAE技术对球焊机关键部件X-Y工作台及焊头进行CAD建模的概念设计、有限元力学分析和结构优化设计.     

一种基于STL几何模型的有限元三角形网格的自动生成方法

有限元网格划分是有限元分析的关键技术之一。本文利用CAD软件导出的STL几何模型,用自行开发的几何基本工具库对其进行几何信息提取,然后通过网格优化后,自动生成合格的三角形有限元网格,最后输出商业化有限元分析软件所需的前处理文件,为有限元分析提供了一个快速建模工具。     

基于OpenGL的四圆弧齿轮三维建模和有限元分析

针对四圆弧齿轮的轮齿是三维螺旋体的特点以及其几何设计与力学计算复杂的实际情况,采用三维有限元法,以VC++6.0为开发工具,基于OpenGL图形内核自主开发了一款四圆弧齿轮有限元分析专用软件,包括四圆弧齿轮三维实体模型参数化计算机辅助设计、有限元网格的自动生成、边界条件的建立、最恶劣加载点的确定以及应力的计算,工程人员只需输入四圆弧齿轮的基本参数,即可自动实现四圆弧齿轮的参数化CAD建模和有限元分析。通过与SolidWorks软件中的Simulation有限元分析模块进行对比,验证了所述软件分析结果的正确性。     

METHOD FOR ADAPTIVE MESH GENERATION BASED ON GEOMETRICAL FEATURES OF 3D SOLID

In order to provide a guidance to specify the element size dynamically during adaptive finite element mesh generation, adaptive criteria are firstly defined according to the relationships between the geometrical features and the elements of 3D solid. Various modes based on different datum geometrical elements, such as vertex, curve, surface, and so on, are then designed for generating local refined mesh. With the guidance of the defined criteria, different modes are automatically selected to apply on the appropriate datum objects to program the element size in the local special areas. As a result, the control information of element size is successfully programmed covering the entire domain based on the geometrical features of 3D solid. A new algorithm based on Delaunay triangulation is then developed for generating 3D adaptive finite element mesh, in which the element size is dynamically specified to catch the geometrical features and suitable tetrahedron facets are selected to locate interior nodes continuously. As a result, adaptive mesh with good-quality elements is generated. Examples show that the proposed method can be successfully applied to adaptive finite element mesh automatic generation based on the geometrical features of 3D solid.     

变位渐开线齿轮的特征参数化建模研究

文中讨论了由齿条型刀具范成法加工的变位渐开线齿轮的特征参数化建模技术,该技术实现了较精确的齿轮CAD模型,并可通过改变刀具或齿轮的齿形参数自动生成齿轮三维模型,为齿轮的CAE/CAM精细化研究打下了基础.