CADCAM技術(shù)資源教學(xué)課件ppt作者葛友華第五章計(jì)算機(jī)輔助工建

1、CAD/CAM技術(shù)第五章 計(jì)算機(jī)輔助工程第一節(jié) 計(jì)算機(jī)輔助工程概述l計(jì)算機(jī)輔助工程的概念計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE, Computer Aided Engineering）主要是指利用數(shù)值模擬分析技術(shù)對(duì)工程和產(chǎn)品進(jìn)行性能與安全可靠性分析，模擬其未來的工作狀態(tài)和運(yùn)行行為，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺損，驗(yàn)證工程產(chǎn)品功能和性能的可用性與可靠性，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)化。第一節(jié) 計(jì)算機(jī)輔助工程概述l計(jì)算機(jī)輔助工程的應(yīng)用范圍由于CAE技術(shù)的發(fā)展、普及，設(shè)計(jì)工作出現(xiàn)了革命性的變化，機(jī)械設(shè)計(jì)已逐漸由靜態(tài)、線性分析向動(dòng)態(tài)非線性過渡，由經(jīng)驗(yàn)類比向最優(yōu)設(shè)計(jì)過渡，由人工計(jì)算向自動(dòng)計(jì)算、由近似計(jì)算向精確計(jì)算過渡。結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)力強(qiáng)度以及溫度場(chǎng)、

2、流場(chǎng)和電磁場(chǎng)等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算。例如分析高層建筑和大跨度橋梁在地震時(shí)是否會(huì)發(fā)生破壞性事故；計(jì)算核反應(yīng)堆的溫度場(chǎng)，確定傳熱和冷卻系統(tǒng)是否合理；校核渦輪機(jī)葉片的流體動(dòng)力學(xué)參數(shù)，以提高其運(yùn)轉(zhuǎn)效率；高速列車、戰(zhàn)斗機(jī)。近年來在計(jì)算機(jī)技術(shù)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(fù)雜的工程分析計(jì)算問題提供了有效的途徑。第一節(jié) 計(jì)算機(jī)輔助工程概述l有限元分析系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)與組成有限元法（FEA，F(xiàn)initeElementAnalysis）基于固體流動(dòng)變分原理，它把一個(gè)原來連續(xù)的物體剖分成有限個(gè)數(shù)的單元體，單元體相互在有限個(gè)節(jié)點(diǎn)上連接

3、，承受等效的節(jié)點(diǎn)載荷。計(jì)算求解是先按照平衡條件進(jìn)行分析，然后根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件把這些單元重新組合起來，成為一個(gè)組合體，再綜合求解由于剖分單元的個(gè)數(shù)有限，節(jié)點(diǎn)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(duì)物理模型的近似，數(shù)學(xué)上不做近似處理，概念清晰，通用性與靈活性兼?zhèn)洌芡咨铺幚砀鞣N復(fù)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(shí)情況無限接近的結(jié)果真實(shí)系統(tǒng)有限元模型第一節(jié) 計(jì)算機(jī)輔助工程概述l有限元分析系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)與組成有限元模型是真實(shí)系統(tǒng)理想化的數(shù)學(xué)抽象第一節(jié) 計(jì)算機(jī)輔助工程概述l有限元分析系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)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(shí)體單

4、元n 三維實(shí)體單元線單元: 梁?jiǎn)卧河糜诼菟?，薄壁管件，C型截面構(gòu)件，角鋼或細(xì)長(zhǎng)薄膜構(gòu)件（只需膜應(yīng)力和彎應(yīng)力的情況）等模型 桿單元：用于彈簧、螺桿、預(yù)應(yīng)力螺桿和薄膜桁架等模型 彈簧單元：用于彈簧螺桿、或細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件，或通過剛度等效替代復(fù)雜結(jié)構(gòu)等模型第一節(jié) 計(jì)算機(jī)輔助工程概述l有限元分析系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)與組成經(jīng)常采用的單元：n 線單元n 殼單元n 二維實(shí)體單元n 三維實(shí)體單元?dú)卧糜诒“寤蚯婺Ｐ蜌卧治鰬?yīng)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(jì)算機(jī)輔助工程概述l有限元分析系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)與組成經(jīng)常采用的單元：n 線單元n 殼單元n 二維實(shí)體單元n 三維實(shí)體單元二維實(shí)體單元用于模

5、擬實(shí)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(yīng)（位移）也在X-Y平面內(nèi)第一節(jié) 計(jì)算機(jī)輔助工程概述l有限元分析系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)與組成經(jīng)常采用的單元：n 線單元n 殼單元n 二維實(shí)體單元n 三維實(shí)體單元 由于幾何、材料、荷載或分析要求考慮細(xì)節(jié)等原因造成無法采用更簡(jiǎn)單單元進(jìn)行建模的結(jié)構(gòu)分析 或從三維CAD系統(tǒng)轉(zhuǎn)化過來的幾何模型轉(zhuǎn)成二維或殼體需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力的情況第一節(jié) 計(jì)算機(jī)輔助工程概述l有限元分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(kù)模塊共享的基礎(chǔ)算法模塊第一節(jié) 計(jì)算機(jī)輔助工程概述l有限

6、元法的基本解法o 分析對(duì)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(jié)果顯示分析第二節(jié) 典型的CAE軟件功能簡(jiǎn)介lMSC/NASTRAN軟件分析功能簡(jiǎn)介ooMSC 多年來在計(jì)算機(jī)輔助工程市場(chǎng)一直居于領(lǐng)導(dǎo)地位，收購(gòu)頂尖高度非線性CAE軟件公司MARC等，更為其在MCAE（機(jī)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(jiǎn)介MSC豐富的產(chǎn)品線包括：世界上功能最全面、應(yīng)用最廣泛的大型通用結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)NASTRAN；工業(yè)領(lǐng)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?fù)浼靶螤顑?yōu)化的概念化設(shè)計(jì)軟件工具Construct；處理高度組合非線性結(jié)構(gòu)、熱及其它物理場(chǎng)和耦合場(chǎng)問題的有限元軟件MARC；求解高度非線性、瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)、流體及流-固耦合分析工具DYTRAN；當(dāng)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(quán)威的運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)仿真軟件Adams;第二節(jié) 典型的CAE軟件功能簡(jiǎn)介lANSYS軟件分析功能簡(jiǎn)介fixedfixed第三節(jié) CAE在工程中的應(yīng)用lCAE應(yīng)用實(shí)例分析對(duì)象第三節(jié) CAE在工程中的應(yīng)用lCAE應(yīng)用實(shí)例分析問題定義 平面應(yīng)力問題 靜

8、態(tài)分析 線性問題第三節(jié) CAE在工程中的應(yīng)用CADmodeldetailsdetailsignoredignoredGeometricmodelforFEAlCAE應(yīng)用實(shí)例GeometricmodelforFEACADmodel幾何模型建立processing第三節(jié) CAE在工程中的應(yīng)用lCAE應(yīng)用實(shí)例單元類型選擇3節(jié)點(diǎn)三角形平面應(yīng)力單元材料特性：E, 單元厚度：tElementtype ：?jiǎn)卧匦远xElementproperties ：第三節(jié) CAE在工程中的應(yīng)用lCAE應(yīng)用實(shí)例Mesh 1網(wǎng) 格 劃 分Totalnumberofelements:356Totalnumberofnodes:208第三節(jié) CAE在工程中的應(yīng)用lCAE應(yīng)用實(shí)例Totalnumberofelements:192Totalnumberofnodes:115MeshMesh 2 2第三節(jié) CAE在工程中的應(yīng)用lCAE應(yīng)用實(shí)例Totalnumberofelements:197Totalnumberofnodes:118MeshMesh 3 3第三節(jié) CAE