工程机械设计

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1、第8章CAD/CAE技术在工程机械设计中的应用8.1CAD/CAE技术概述8.1.1CAD/CAE概念CAD（ComputerAidedDesign）是指使用计算机系统进行设计的全过程,包括资料检索、方案构思、零件造型、工程分析、工程制图、文档编制等。在设计的各个阶段计算机都能发挥它的辅助作用，因此CAD概念一产生，就成为一门新兴的学科，引起了工程界的关注和支持，迅速的得到发展并日益地完善起来。20世纪60年代初，美国麻省理工学院MIT开发了名为Sketchpad的计算机交互图形处理系统，并描述了人机对话设计和制造的全过程，这就是CAD/CAM的雏形，形成了最初的CA

2、D概念：科学计算、绘图。随着计算机软、硬件的发展，计算机应用于设计过程，形成了CAD系统，同时给CAD概念加入了新的含义，逐步形成了当今应用十分广泛的CAD/CAE/CAM集成的CAD系统。从CAD概念产生至今，CAD经历了多个发展时期。从20世纪60年代初到70年代中期，CAD从封闭的专用系统走向商品化，主要技术特点是二维、三维线框造型，只能表达基本的几何信息，不能表达几何数据间的拓扑关系，需配备大型计算机系统，费用昂贵。这段时期有代表性的产品是：美国通用汽车公司的DAC-1，洛克希德公司的CADAM系统。CAD开始进入应用阶段。20世纪70年代后期，由于微电子技术

3、的迅猛发展，集成电路的问世，CAD系统价格下降，CAD系统进入了发展时期。同时，随着此时正值飞机和汽车工业蓬勃发展，飞机和汽车制造中遇到了大量的自由曲面问题，法国达索飞机制造公司率先开发出以表面模型为特点的自由曲面建模方法，推出了三维曲面造型系统CATLA,采用多截面视图、特征纬线的方式来近似表达自由曲面。该阶段的主要技术特点是自由曲面造型。自由曲面造型系统为人类带来了第一次CAD技术革命。一些国家也相继开发了CAD软件，如美国洛克希德公司的CADAM，美国通用电气公司的CALMA、美国波音公司的CV、美国国家航空及宇宙局（NASA）支持开发的I-DEAS、美国麦道公

4、司开发的UG等。20世纪80年代初，由于计算机技术的大跨步前进，CAE，CAM技术也开始有了较大发展。由于表面模型技术只能表达形体的表面信息，很难精确表达零件的其他属性，如质量、质心、惯性矩等。SDRC公司首次开发了基于实体造型技术的CAD/CAE软件I-DEAS。由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论上有助于统一CAD,CAE,CAM的模型表达，因而称为CAD发展史上的第二次技术革命。但由于受当时的计算机硬件条件限制，难以满足实体造型技术所带来的庞大计算量的需求，使其实体造型技术没能在整个行业中全面推广开来。E:file-serverfs_tmpd

5、ownloadf7dcf165f382fa5bb72aaca9cd078d71.docPage10of1020世纪80年代中期，CV公司提出了参数化实体造型方法，其特点是：基于特征，全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改等。该公司策划参数化技术的这部分人成立了一个参数技术公司（ParametricTechnologyCorpPTC），开始研制Pro/ENGINEER的参数化软件。进入90年代，PTC在CAD市场份额中名列前茅。参数化技术的应用导致了CAD发展史上的第三次革命。20世纪90年代初期，SDRC公司鉴于参数化技术存在的不足之处，如“全尺寸约束”的硬性规定

6、就制约了设计者创造力及想象力的发挥。为此，SDRC的开发者提出了一项比参数化技术更为先进的实体造型技术---变量化技术，推出了全新体系的I-DEASMasterSerise软件，推动了CAD技术发展的第四次技术革命。CAE是ComputerAidedEngineering(计算机辅助工程)的缩写，是以现代计算力学为基础，以计算机仿真为手段的工程分析技术，是实现产品优化设计的主要支撑模块。CAE技术的主要包括有限元分析法、边界法、运动机构分析、气动与流场分析、电磁场分析等内容。CAE应属于广义CAD的重要组成部分。8.1.2常用CAD/CAE软件介绍经过多年的发展，已经

7、有了许多常用的CAD/CAE软件系统，现在分别介绍一些比较著名的CAD/CAE软件。一、CATIA软件CATIA（ComputerAidedThree-dimensionalInterfaceApplication）是法国达索飞机公司的子公司达索系统公司与IBM合作开发的CAD/CAE、CAM软件系统。它是一个先进的自动化设计、制造与工程分析软件，主要用于机械制造、工程设计和电子行业。主要特点：软件能根据工业生产的工艺要求，给用户提供从概念设计、风格设计、详细设计、工程分析、设备及系统工程、制造乃至应用软件开发等面向过程的设计思想和解决对策。产品功能