面向快速产品开发的智能设计／FEA耦合系统初探.docVIP

面向快速产品开发的智能设计／FEA耦合系统初探 |毒尊 ■t .... 《≥≥. 一 I_一一 【} 一 引言 市场竞争的不断IIII使得产品开发速度日益 成为最具挑战性的因素.设计制造体系结构相应随 之逐步发展为快速反应制造与快速产品开发 (RapidProductDevelopment,RPD).这对于作 为结构及多自由度体系分析有力工具的有限元分析 技术(FiniteElementAnalysis,FEA)产生了深 刻影响.传统制造体系下,将FEA看作一种孤立 的分析手段,主要注重有限元技术解决问题的能力 和精度;RPD则一方面注重有限元分析本身的速 度,另一方面还要求从系统的角度来分析FEA在 8 择计算方法和策略.有限元分析存在着众多的计算 方法,对某一给定的问题,设计者应选择相应的计 算方法.在时变问题中设计者要选择合理的时间步 长,在非线性问题中要选择合理的载荷步长.错 误自动监测与处理.包括:提供错误处理对策;在 非线性时变分析发散时,给出获得收敛性的建议: 及时终止病态求解等. (3)后处理包括:辅助分析信息的计算(应 力,应变等).通过特殊后处理技术以获得比基 本解的更高的精度.求解误差的估计.分析结 果的可视化.自动进行结果判断分析. 耦合的智能操作模式,对其体系构成与相应技术支 持等问题进行了初步探讨. 二,智能设计/FEA耦合系统的结构 设计该耦合系统结构流程如图l所示,这一结 构由三个反馈环(回路)及高级策略交互四部分组 成. 1产品分析反馈环的组成与自动实现 在产品分析反馈环中,处理的对象是一个结 构,尺寸,力学边界(载荷,边界条件及物性)完 全确定的模型,反馈控制条件是有限元分析精度. 它由下几个部分组成. (i)离散化有限元模型的自动建立即把一个 空间域离散为由结点和单元构成的网状体,相应地 进行载荷和边界条件的离散化并将之与结点关联. 设计/FEA耦合系统将在专家系统的辅助下,由系 统自动产生优化的网格模型. (2)自动求解主要解决两个问题:自动选 数通过求解机制驱动产品模型,即可得到一个定义 完全的初始分析模型. (2)模型修正及分析模型的建立设计者视域 下的设计模型从分析的角度看来往往是需要修正 的由CAD得到的模型对有限元分析来说可能是 不台适甚至是不正确的.例如,一条微小边会造成 网格划分的”敏摩陆”问题.另外,一些对产品承 载能力影响极微的细小特征也应被压缩(subptess), 获得更为可靠的分析.并减少计算时间.但一些 对应力分布起重要作用的细微特征则应予以保留, 如卸载圆角等. (3)调用自动分析反馈环当模型被修正后,即 可确定分析精度,而后调用自动分析反馈环进行分 析. (4)校验和参数自动修正将分析结果与设计 目标进行比较,当分析得到的结果不满足要求时, 根据差值得到对初始设计变量的修正集,反馈回系 统人口,重新驱动产品模型,进行新一轮的分析. , .鼋 /”10 .,;一:..j*. no 产品实例分析结果 图1设计/FEA耦台系统体系结构 一 3.产品结构反馈环 (1)结构合理性分析系统应具有良好的判断 能力,在发现不可能得到期望的设计目标时,应从 产品的本身结构(几何结构及受力结构)上寻求原因, 并给出结构合理性分析意见,供设计人员参考,并 由设计者提出修改策略. (2)结构自动修正系统根据设计者的修改策 略,进行模型的自动结构修正. 4高级策略交互 在智能设计/FEA耦合系统中,存在着许多决 策问题.分析反馈环中包括:网格单元选择及密度 确定,分析策略与方法选择,错误监测与控制,自 适应分析:参数反馈环中包括特征压缩,参数自动 修正,分析精度的设定及反馈修正函数序列的正确 选择;结构反馈环中包括结构合理性分析和结构修 改.从面向产品的角度来看,特征压缩,参数修正, 结构合理性分析,结构修改等属高级策略,而其它 决策则属低级策略.前者采用专家系统辅助下的设 计者决策而后者由专家系统自动得出. 三智能设计/FEA耦合系统的技术支持 这一结构流程的实现有赖于多种先进技术的 综合运用.主要有特征技术,网格自动剖分技术, 自适应分析算法,人工智能四个方面. 1特征技术(Feature—basedTechnique)——面 向产品设计分析的基础 特征技术使面向产品设计成为可能.在统一 的特征模型下,有限元分析的几何,边界,物性信 息在用户视域上是一次完备的.网格模型在传统分 析模式下作为载荷,边界条件和物性信息接收中介 的地位得以避免.完整的分析信息直接由特征模型 映射至有限元分析模型,网格划分仅仅是为了产生 有限元分析需要的单元和节点信息.有限元分析被 “黑箱化”了.设计人员无须关心有限元分析的具 体过程,而将注意力集中在模型的合理构造,参数 的合理组合上. 特征技术使自动