机械CADCAE技术基础教材机械CADCAE(绪论)..docVIP

机械CAD/CAE应用技术基础 第一章 绪论 第一节 机械CAD/CAE技术概述 一、机械CAD/CAE概念 在机械产品开发过程中，设计人员迫切需要一种对所做的设计进行精确评价和分析的工具，而不再仅仅依靠以往积累的经验和知识去估计.鉴于这种目的，人们希望将工程领域里广泛应用的有限元分析方法与CAD技术集成，共同实现“设计—评价—再设计”任务的自动化，以提高设计的精确程度和效率.CAD/CAE (Computer Aided Design/ Computer Aided Engineering)技术就是通过计算机及图形输入/输出设备进行机械产品的交互设计，并建立产品的数字模型，然后在统一的产品数字模型下进行结构的计算分析、性能仿真、优化设计、自动绘图。它是用于支持机械产品开发的计算机辅助设计、分析的理论、方法与工具等各相关技术的总称，它包括现代设计理论与方法学（例如并行设计、协同设计、虚拟设计、大规模定制设计、分形设计等），与设计工具相关的技术（例如产品数字化定义及建模技术、基于PDM的产品数据管理与过程管理技术、集成的CAx和DFx工具、智能技术等），它们能使设计工作实现信息化、集成化、网络化和智能化，以达到产品设计质量高、成本低和周期短的目标。 以机械CAD/CAE为基础，还可以将产品的数字模型高效及时传送并应用到整个企业产品价值链所涉及的各个重要环节，包括工艺规划、工装设计、生产、加工、质量控制、编制技术文档、供应、销售和服务，实现人、财、物、产、供、销信息的集成管理、科学决策。它正在从根本上改变从设计到产品整个过程的传统工作方式和管理方法，给设计和制造领域带来深刻的变革。 随着WTO的加入，制造业企业不得不参与国际市场竞争，传统的产品开发方式已不再适应企业对产品的时间、质量、成本的要求特别是基于二维CAD的设计过程，只能处理二维图形信息，无法直观的得到三维实体产品模型，进行产品的装配分析、工程分析、物理特性计算等。CAD/CAE设计平台，建立全参数化三维实体模型基础，有限元分析进行关键零、部件以及整机或部件的运动企业建立起一套产品开发体系能支持自顶向下和自底向上等设计方法，使设计更加符合实际设计过程比使用二维CAD 设计质量提高，设计原型错误减少80%重复设计减少50%节省时间资金以大批量生产的速度生产定制产品缩短产品便于企业增进全球性合作因此，CAD/CAE是一种崭新的设计模式企业应从设计和管理两方面分析考虑，通过产品设计手段与设计过程的数字化和智能化，缩短产品开发周期，促进产品的数字化，提高企业的产品创新能力。1．机械CAD/CAE应包含如下几个内容：所有零部件及各级的三维CAD模型三维模型应参数化、适合于变形设计部件模块化。  2）与三维CAD模型相关联的二维工程图。 3）部件和整机的三维CAD模型适合运动分析、分析优化设计。4）机械CAD/CAE的过程就是基于三维CAD的产品开发体系建立的过程形成基于三维CAD的PDM结构体系。 5）从CAD/CAE过程中摸索出定制产品的开发模式及所遵循的规律。 6）为了验证和修正CAD/CAE模型整机的检测与试验。在CAD与技术的集成中，目前存在的主要困难是：如何实现从几何模型到分析模型的自动转换；如何从分析的结果出发评价和修改设计.分析模型几何模型简化网格划分载荷约束材料定义而这种模型抽象化的过程常常要依赖于有经验的分析人员花费大量的时间和精力各种有限元分析软件的后处理器优异的图形功能，以等高线、矢量、阴影、动画、多模型、多窗口、图表、表格等方式，高速表现解析结果，但都不具备对有限元分析结果进行解释和评价的功能同时，对设计的修改也要由设计者经过分析和判断后自行给出方案，而没有利用计算机强大的计算和推理功能对设计的修改进行优化指导因此，有必要人工智能将先前积累的知识和经验有限元分析模型的建立分析和解释专家系统加入到CAD与有限元分析集成系统中，在“机器专家”的指导下，自动完成有限元分析模型的建立分析和解释有限元计算结果评价和修改设计进一步丰富和完善后处理功能，使其与设计者共同完成设计的优化ADAMS (Automatic Dynamic ofMechanicalSystem) 、动力学分析和设计系统软件DADS (DynamicAnalysis and Design System)等,它们集成了多体系统仿真的基本步骤动力学理论成果、参数化的建模工具、可以进行静力学、运动学和动力学分析的求解器、功能强大的后处理模块和可视化界面等,极大地提高机械系统仿真的效率。然而由于这些软件重点是在力学分析上,在建模方面还是有很多不足,尤其是一些复杂机械系统零、部件的三维建模很难实现,所以很有必要利用CAD软件建模来解决这个问题,同时需要合适的接口程序来完成。 特征造型是几