机械CADCAM教学教材.ppt

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1、机械CADCAM学习内容1.概述2.有限元分析技术3.优化设计方法4.动态仿真CAD/CAM技术7.1概述计算机辅助工程（computeraidedengineering，CAE）的概念可以从广义上与狭义上两方面来阐述。广义上来说，计算机辅助工程包括产品设计、工程分析、数据管理、试验、仿真和制造在内的计算机辅助设计、分析和生产的综合系统；从狭义上来说，仅仅是指用计算机对工程和产品进行性能与安全可靠性分析，模拟其未来的工作状态和运动行为，及早发现设计缺损，验证工程产品功能和性能的可用性与可靠性等。

2、CAD/CAM技术计算机辅助工程的主要特征1）涉及内容多，跨学科性明显；2）不同于基础科学，CAE面向的对象是工程产品；3）CAE与新产品机理、先进可靠性和功能密切相关。CAD/CAM技术计算机辅助工程的具体工作1）运用工程数值分析中的有限元等技术分析计算产品结构的应力、应变等物理场量，给出整个物理场量在空间与时间上的分布，实现结构的从线性、静力计算分析到非线性、动力的计算分析。2）运用过程优化设计的方法在满足工艺、设计的约束条件下，对产品的结构、工艺参数、结构形状参数进行优化设计，使产品结构性

3、能、工艺过程达到最优。3）运用结构强度与寿命评估的理论、方法、规范，对结构的安全性、可靠性以及使用寿命作出评价与估计。4）运用运动学或动力学的理论与方法，对由CAD实体造型设计出的机构、整机进行运动学或动力学仿真。CAD/CAM技术基本原理分析步骤前置处理与后置处理7.2有限元分析技术CAD/CAM技术有限元分析基本原理首先假想将连续的结构分割（离散）成数目有限的小块，称为有限单元，各单元之间仅在有限个指定结合点处相连接，用组成单元的集合体近似代替原来的结构，在节点之间引入有效节点力以代替实际作

4、用在单元上的载荷。对每个单元，选择一个简单的函数来近似地表达单元位移分量的分布规律，并按弹性力学中的变分原理建立单元节点力与节点位移（速度、加速度）的关系（质量、阻尼和刚度矩阵），最后把所有单元的这种关系集合起来，就可以得到以节点位移为基本未知量的力学方程，给定初始条件和边界条件就可以求解力学方程。由于单元的个数是有限的，节点数目也是有限的，所以这种方法也称为有限元法。CAD/CAM技术有限元法的分析步骤1）连续体的离散化2）选择插值函数3）建立单元的特征式4）集合整个单元特征式求得系统的有限元

5、方程5）求解有限元方程6）结果整理CAD/CAM技术有限元法的前置处理与后置处理1）前置处理包括选择所采用的单元类型，划分单元，确定各节点和单元的编号及坐标，确定载荷类型、边界条件、材料性质等。2）后置处理后置处理，即将有限元计算分析结果进行加工处理并形象化为变形图、应力等值线图、应力应变彩色浓淡图、应力应变曲线以及振型图等，以便对变形、应力等进行直观分析和研究。为了实现这些目的而编制的程序，称为后置处理程序。CAD/CAM技术7.3优化设计方法优化设计数学模型优化设计过程常用优化设计方法CAD

6、/CAM技术优化设计数学模型优化设计要解决的关键问题有两个，一是建立工程问题优化设计的数学模型，即确定优化设计的三要素：目标函数、约束条件和设计变量；二是选择适用的优化方法。建立数学模型的一般过程：（1）分析设计问题，初步建立数学模型。（2）抓住主要矛盾，确定设计变量。（3）根据工程实际提出约束条件。（4）对照设计实例修正数学模型。（5）正确求解计算，估计方法的误差。（6）进行结果分析，审查模型的灵敏性。CAD/CAM技术优化设计过程（1）根据机械产品的设计要求确定优化范围（2）分析优化对象，准

7、备各种技术资料（3）建立合理而实用的优化设计数学模型（4）选择合适的优化方法（5）选用或编制优化设计程序（6）计算机求解，优选设计方案（7）分析评价优化结果CAD/CAM技术常用优化设计方法（1）一维搜索法（2）坐标轮换法（3）单纯形法（4）鲍威尔法（5）梯度法（6）牛顿法（7）变尺度法（8）网格法（9）复合形法（10）罚函数法CAD/CAM技术7.4动态仿真基本概念工作流程仿真技术的应用CAD/CAM技术基本概念通俗的仿真基本含义是指：模仿真实的系统或过程，指通过使用模型来模拟和分析现实世界中

8、系统的行为，以寻求真实系统或过程的的认识。它所遵循的基本原则是相似性原理。仿真的分类：（1）按计算机类型分类（2）根据模型的各类分类（3）根据仿真时钟与实际时钟的比例关系分类（4）根据模型的特性分类CAD/CAM技术工作流程计算机仿真的三要素CAD/CAM技术计算机仿真一般流程CAD/CAM技术仿真技术的应用仿真技术在系统分析、综合方面的应用仿真技术在仿真器方面的应用仿真技术在技术咨询和预测方面的应用仿真技术在CAD/CAM系统中的应用CAD/CAM技术此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢