CADCAM技術資源教學課件ppt作者葛友華第五章計算機輔助工建

1、CAD/CAM技術第五章 計算機輔助工程第一節(jié) 計算機輔助工程概述l計算機輔助工程的概念計算機輔助工程（CAE, Computer Aided Engineering）主要是指利用數(shù)值模擬分析技術對工程和產(chǎn)品進行性能與安全可靠性分析，模擬其未來的工作狀態(tài)和運行行為，及早發(fā)現(xiàn)設計缺損，驗證工程產(chǎn)品功能和性能的可用性與可靠性，實現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)化。第一節(jié) 計算機輔助工程概述l計算機輔助工程的應用范圍由于CAE技術的發(fā)展、普及，設計工作出現(xiàn)了革命性的變化，機械設計已逐漸由靜態(tài)、線性分析向動態(tài)非線性過渡，由經(jīng)驗類比向最優(yōu)設計過渡，由人工計算向自動計算、由近似計算向精確計算過渡。結構的靜、動力強度以及溫度場、

2、流場和電磁場等技術參數(shù)進行分析計算。例如分析高層建筑和大跨度橋梁在地震時是否會發(fā)生破壞性事故；計算核反應堆的溫度場，確定傳熱和冷卻系統(tǒng)是否合理；校核渦輪機葉片的流體動力學參數(shù)，以提高其運轉效率；高速列車、戰(zhàn)斗機。近年來在計算機技術和數(shù)值分析方法支持下發(fā)展起來的有限元分析（FEA，F(xiàn)inite Element Analysis）方法為解決這些復雜的工程分析計算問題提供了有效的途徑。第一節(jié) 計算機輔助工程概述l有限元分析系統(tǒng)的原理、結構與組成有限元法（FEA，F(xiàn)initeElementAnalysis）基于固體流動變分原理，它把一個原來連續(xù)的物體剖分成有限個數(shù)的單元體，單元體相互在有限個節(jié)點上連接

3、，承受等效的節(jié)點載荷。計算求解是先按照平衡條件進行分析，然后根據(jù)變形協(xié)調條件把這些單元重新組合起來，成為一個組合體，再綜合求解由于剖分單元的個數(shù)有限，節(jié)點的數(shù)目也有限，所以這種方法稱為有限元法有限元方法解決問題是對物理模型的近似，數(shù)學上不做近似處理，概念清晰，通用性與靈活性兼?zhèn)?，能妥善處理各種復雜情況。改變單元的數(shù)目，就可改變解的精確度，得到與真實情況無限接近的結果真實系統(tǒng)有限元模型第一節(jié) 計算機輔助工程概述l有限元分析系統(tǒng)的原理、結構與組成有限元模型是真實系統(tǒng)理想化的數(shù)學抽象第一節(jié) 計算機輔助工程概述l有限元分析系統(tǒng)的原理、結構與組成單元類型經(jīng)常采用的單元：n 線單元n 殼單元n 二維實體單

4、元n 三維實體單元線單元: 梁單元：用于螺栓，薄壁管件，C型截面構件，角鋼或細長薄膜構件（只需膜應力和彎應力的情況）等模型 桿單元：用于彈簧、螺桿、預應力螺桿和薄膜桁架等模型 彈簧單元：用于彈簧螺桿、或細長構件，或通過剛度等效替代復雜結構等模型第一節(jié) 計算機輔助工程概述l有限元分析系統(tǒng)的原理、結構與組成經(jīng)常采用的單元：n 線單元n 殼單元n 二維實體單元n 三維實體單元殼單元用于薄板或曲面模型殼單元分析應用基本原則：每塊面板的主尺寸不低于其厚度的十倍第一節(jié) 計算機輔助工程概述l有限元分析系統(tǒng)的原理、結構與組成經(jīng)常采用的單元：n 線單元n 殼單元n 二維實體單元n 三維實體單元二維實體單元用于模

5、擬實體截面 需在整體笛卡爾X-Y平面內(nèi)建立模型 所有的荷載均作用在X-Y平面內(nèi)，并且其響應（位移）也在X-Y平面內(nèi)第一節(jié) 計算機輔助工程概述l有限元分析系統(tǒng)的原理、結構與組成經(jīng)常采用的單元：n 線單元n 殼單元n 二維實體單元n 三維實體單元 由于幾何、材料、荷載或分析要求考慮細節(jié)等原因造成無法采用更簡單單元進行建模的結構分析 或從三維CAD系統(tǒng)轉化過來的幾何模型轉成二維或殼體需要花費大量的時間和精力的情況第一節(jié) 計算機輔助工程概述l有限元分析系統(tǒng)結構與組成oooooo前置處理模塊有限元分析模塊后處理模塊模塊用戶界面模塊數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫模塊共享的基礎算法模塊第一節(jié) 計算機輔助工程概述l有限

6、元法的基本解法o 分析對象o 建立幾何模型o 選擇單元類型o 定義材料特性o 劃分網(wǎng)格o 檢查模型o 定義邊界條件o 求解模型o 結果顯示分析第二節(jié) 典型的CAE軟件功能簡介lMSC/NASTRAN軟件分析功能簡介ooMSC 多年來在計算機輔助工程市場一直居于領導地位，收購頂尖高度非線性CAE軟件公司MARC等，更為其在MCAE（機械工程輔助分析）行業(yè)奠定了霸主地位MSC的產(chǎn)品系列很多，不同的軟件模塊執(zhí)行不同的分析功能第二節(jié) 典型的CAE軟件功能簡介MSC豐富的產(chǎn)品線包括：世界上功能最全面、應用最廣泛的大型通用結構有限元分析系統(tǒng)NASTRAN；工業(yè)領域最著名的并行框架式有限元前后處理及分析系統(tǒng)

7、PATRAN；專用的耐久性疲勞壽命分析工具FATIGUE；拓撲及形狀優(yōu)化的概念化設計軟件工具Construct；處理高度組合非線性結構、熱及其它物理場和耦合場問題的有限元軟件MARC；求解高度非線性、瞬態(tài)動力學、流體及流-固耦合分析工具DYTRAN；當今世界唯一全面的商品化材料數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)MVISION；成型過程仿真專用工具AutoForge；最著名、最權威的運動學動力學仿真軟件Adams;第二節(jié) 典型的CAE軟件功能簡介lANSYS軟件分析功能簡介fixedfixed第三節(jié) CAE在工程中的應用lCAE應用實例分析對象第三節(jié) CAE在工程中的應用lCAE應用實例分析問題定義 平面應力問題 靜

8、態(tài)分析 線性問題第三節(jié) CAE在工程中的應用CADmodeldetailsdetailsignoredignoredGeometricmodelforFEAlCAE應用實例GeometricmodelforFEACADmodel幾何模型建立processing第三節(jié) CAE在工程中的應用lCAE應用實例單元類型選擇3節(jié)點三角形平面應力單元材料特性：E, 單元厚度：tElementtype ：單元特性定義Elementproperties ：第三節(jié) CAE在工程中的應用lCAE應用實例Mesh 1網(wǎng) 格 劃 分Totalnumberofelements:356Totalnumberofnodes:208第三節(jié) CAE在工程中的應用lCAE應用實例Totalnumberofelements:192Totalnumberofnodes:115MeshMesh 2 2第三節(jié) CAE在工程中的應用lCAE應用實例Totalnumberofelements:197Totalnumberofnodes:118MeshMesh 3 3第三節(jié) CAE