基于特征建模技术的cad-cae集成方法

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1、基于特征建模技术的CAD/CAE集成方法

2、第10引言基于特征实体建模技术的三维CAD系统在产品设计中已得到广泛的应用，同时基于CAE系统的工程分析也已成为产品设计的重要环节。CAD和CAE应用间的有效无缝自动集成是产品设计过程中非常关键的问题，目前实现CAD和CAE应用集成技术主要是通过以CAD,CAE为中心的2种方式。有限元分析采用的是以CAD为中心的方式，而CAD系统所建立的设计模型一般不能满足有限元分析的需要，因此在有限元分析中对FEA的分析模型一般需要细节移去和降维处理，其过程繁琐耗时。而在以CAE为中心方式实现过程中

3、，在建立CAD产品模型前，首先需通过工程分析并采用理想化的分析模型来定义和提炼设计概念，这需向分析模型添加详细的维度信息，其过程同样是繁琐耗时。CAD系统和CAE系统间缺乏设计和分析模型间的自动转换手段是CAD/CAE系统集成的瓶颈问题。另外，工程分析过程需要经常改变分析模型的细节层次(LOD)和抽象层次(LOA)，而LOD或LOA一旦发生改变，必须重新进行新的转换。而解决这些问题的方法是建立公共建模环境，实现CAD-CAE间的双向集成，在集成环境下，CAD系统可自动产生分析模型，且允许CAE系统自动修改零件几何图形来进行新的

4、分析。CAD/CAE集成方法涉及到基于特征设计技术、合并和选择算法、详细删除、降维处理、多分辨率建模和多抽象建模等技术，笔者通过采用基于特征的非流型建模技术实现的CAD/CAE集成系统的新方法有效地解决了CAD/CAE系统集成和CAD-CAE间双向集成的瓶颈问题。1CAD/CAE集成的因素影响CAD/CAE有效集成主要有3个因素:CAD模型规模与CAE模型规模间的接近程度、CAD与CAE模型几何类型之间的协调一致性、CAD模型内容与CAE模型内容间的一致性。1.CAD模型规模与CAE模型规模间的接近程度产品设计的不同阶段、不同

5、时期，CAE分析模型应与不同的CAD模型规模之间尽量匹配一致，所建立产品设计CAD模型与工程分析CAE模型的集成模型最好是同一规模上的模型集成，这样从CAD模型生成CAE模型的过程中信息简化程度就减少。2.CAD与CAE模型几何类型间的协调一致性在CAD/CAE集成过程中，CAE模型的几何类型与CAD的几何类型应协调一致，即一维CAD模型建立一维CAE几何模型、二维CAD模型建立二维CAE几何模型、三维CAD模型建立三维CAE几何模型。同样CAE模型的几何类型与CAE数值分析计算模型所采用的单元形状类型也应协调一致。这样，模型

6、之间的简化、抽象过程等就减少，由简化等带来的误差也相应减少，更方便CAD/CAE模型间的集成。3.CAD模型内容与CAE模型内容间的一致性CAD模型内容与CAE模型内容间的一致性是指在产品设计和工程分析集成阶段，CAD模型尽可能不包括对CAE工程分析来说多余的一些细节。笔者提出的CAD/CAE系统集成的新方法是在充分考虑以上3个因素的情况下，通过统一并进行建模环境实现CAD/CAE的无缝集成。该方法采用特征式设计(design—byfeature)、非流型拓扑(NMT)建模(non—manifoldtopologicalmod

7、eling)、多分辨率实体建模(multi—resolutionsolidmodeling)和多抽象NMT建模(multi—abstractionNMTmodelling)等技术，实现为每个特征建模操作的设计和分析。同时建立不同类型的几何模型功能，而这些不同类型的几何模型均合并到一并集(mergedset)的NMT模型的零件主模型中，从主模型中可快速提取不同层的LOD实体模型，且对于某个LOD，还可提取不同层LOA的抽象NMT模型并转换到CAE系统中。2系统体系结构及过程CAD模型与CAE模型间数据交换的处理流程如图1所示。首

8、先在设计阶段同步产生产品的CAD模型和CAE模型，被合并到统一的NMT主模型中，同时在设计阶段还产生并利用了特征信息，然后通过对NMT并集的mergeselect算法运行，从主模型中提取适用于CAD的实体模型和适用于CAE的非流型模型。