（机械设计及理论专业论文）基于智能模板的空间整体结构分析的关键技术与应用研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 结构在工程中具有广泛的应用，如何正确地设计到实施应用不仅要扎实 的专业知识，而且还要涉及到相关软件的应用。如何立足于当前结构设计中 的先进的相关技术，使在工程结构设计智能化和模块化，并迅速地应用到实 际中去，正是本文所要讨论的内容。 本文主要针对结构的设计与分析，并在模板环境下的应用进行一系列的 讨论。首先本文在第一章阐述了结构分析中使用智能模板这一个基本概念， 围绕智能模板，提出了c a d c a e c a m 于一体进行空间整体结构分析的原理与 方法。在第二章中，介绍了a n s y s 二次开发的方法与接口，并运用a p d l 语言 进行a n s y s 的二次开发，实现智能模板与a p d l 之间参数传递，使参数与a n s y s 嵌套，对结构进行有限元分析。第三章对p r o e n g i n e e r 的二次开发接口 p r o t o o l k i t 与工程图p r o d e t a i l 进行了介绍，并对p r o t o o l k i t 进行参数 化结构设计中关于其二次开发应用以及所生成的整体结构如何转换到二维 工程图进行了详细的叙述，最终在智能模板环境中得到实现。第四章的内容， 将围绕第三章中所生成的部分结构在p r o e n g i n e e r 环境下进行数控加工， 并对加工p r o n c 和后置处理模块p r o n c p o s t 进行介绍。第五章主要提出了 参数化技术的基本原理和方法，并讨论了其在智能模板环境下的应用。第六 章，结合上述方法，提出了智能模板环境下几项关键技术的解决，涉及编程语 言与调试平台的介绍及在c a d c a e 中的应用。第七章以一个应用实例一一龙 门起重机结构智能模板，将前面几章中所介绍的技术融为一体，开发出一套 基于智能模板环境下、参数嵌套的c a d c a e c a m 系统，并在第八章中进行全 文的总结与展望以及提出其中的主要成果与不足。 本文以智能模板为依托，围绕智能模板提出了c a d c a e c a m 为工具进行 空间整体结构设计分析的原理与方法。运用了a n s y s 的二次开发语言a p d l 对空间整体结构进行参数化建模与有限元分析，并论证其合理性。 p r o e n g i n e e r 的二次开发接口p r o t o o i k i t 实现了空间整体结构在c a d 环 境下进行参数化建模，并为c a m 环境下进行p r o n o 奠定良好的基础，最终在 p r o d e t a i l 中实现二维工程图，为工程的可读性做了良好的铺垫。在智能模 板环境下进行龙门起重机结构设计，不但减轻了劳动强度，提高了合理性和 通用性，并且对相关结构的设计具有一定的针对性和借鉴价值。 关键词：智能模板、p r o t o o l k i t 、p r o d e t a i l 、a p d l 、空间整体结构 武汉理工大学硕士学位论文 a bs t r a c t s t r u c t u r ed e s i g ni s a p p l i c a b l ee x t e n s i v e l yi ne n g i n e e r i n g h o wt od e s i g n a n da p p l yp r o p e r l yn o to n l yr e q u i r e sp r o f e s s i o n a lk n o w l e d g ef i r m l yb u ta l s o d e m a n d ss o m es o f t w a r ec o m p e t e n t l y t h i st h e s i sm a i n l yf o c u s e so ns t r u c t u r ed e s i g na n da n a l y s i s ，f u r t h e r m o r e a p p l i c a t i o nu n d e rt h ec i r c u m s t a n c eo ft h et e m p l a t e a tf i r s t ，c h a p t e r 1o ft h e t h e s i s e x p a t i a t e s o nt h eb a s i cc o n c e p to ft h ei n t e l l i g e n tt e m p l a t ei ns t r u c t u r e a n a l y s i sa n dp r i n c i p l eo fu s i n gc a d c a e c a mf o ra n a l y s i sf o rs p a t i a li n t e g r a l s t r u c t u r eu n d e rt h ec i r c u m s t a n c eo ft e m p l a t e c h a p t e r2i n t r o d u c e st h em e t h o d a n di n t e r f a c eo fa n s y sf o r r e d e v e l o p m e n tb ya p d l ，w h i c hm a k e s t h e p a r a m e t e r st r a n s f e r r e da v a i l a b l eb e t w e e nt h ei n t e l l i g e n tt e m p l a t ea n da p d l i n f e a ，m e a n w h i l e ，a l s oa c h i e v i n gt h en e s t i n gt o g e t h e r c h a p t e r3d i s c u s s e st h e i n t e r f a c eo fp r o e n g i n e e rn a m e dp r o t o o l k i ta p p l i e df o rr e d e v e l o p m e n ta n d p r o d e t a i l a p p l i e d f o re n g i n e e r i n gd r a w i n g ，a l s ob r i n g sf o r w a r dac o n c e p t i o n t h a tp a r a m e t r i cd e s i g ni n r e d e v e l o p m e n ta n dt h em e t h o dt o t r a n s f e r i n t e g r a l s t r u c t u r ei n t op l a n a re n g i n e e r i n gd r a w i n g ，w h i c hw i l lb ea c h i e v e da l lu n d e rt h e c i r c u m s t a n c eo f t e m p l a t e t h e c o n t e n t so fc h a p t e r4f o c u s e so nt h en c m a c h i n i n gp o r t i o no f s t r u c t u r ei n t r o d u c e di nc h a p t e r3u n d e rt h ec i r c u m s t a n c eo f p r o e n g i n e e r ，m o r e o v e rd i s c u s s e sp r o n ca n dm o d u l eo fp o s tp r o c e s s i n g n a m e dp r o n c p o s t c h a p t e r5 m a i n l ye m p h a s i z e sb a s i cp r i n c i p l ea n dm e t h o d t o p a r a m e t r i ct e c h n o l o g yt h a ta r ea p p l i e du n d e rt h ec i r c u m s t a n c eo fi n t e l l i g e n t t e m p l a t e ，i nc h a p t e r6 , i ts u m m a r i z et h ea l lt h em e t h o d st h o s ei n c l u d es e v e r a lk e y t e c h n o l o g i e s s o l v e d i n v o l v i n g w i t h p r o g r a m 、d e b u g a n d a p p l i c a t i o n f o r c a d c a e c h a p t e r7 ，w i t h a ni n s t a n c eo fs t r u c t u r ei n t e l l i g e n tt e m p l a t eo ft h e g a n t r yc r a n et h a tc o m b i n e sw i t ha l lt h et e c h n o l o g i e si n t r o d u c e da n dd e v e l o p sa c a d c a e c a ms y s t e mb a s e do nn e s t i n go fp a r a m e t e r su n d e rt h ec i r c u m s t a n c e o fs t r u c t u r ei n t e l l i g e n tt e m p l a t e s u ma n d p r o s p e c tw i l lb ei n t r o d u c e di nc h a p t e r 8 a n dp r o d u c t i o na n d s h o r t c o m i n g i n c l u d e d t h i st h e s i si n t r o d u c e st h ep r i n c i p l ea n dm e t h o dt o d e s i g na n da n a l y s i so f l i 武汉理工大学硬士学位论文 s p a t i a li n t e g r a l s t r u c t u r eu s i n go fc a d c a e c a mt h a tr e l yo nt h ei n t e l l i g e n t t e m p l a t e a p d ll a n g u a g ei sa p p l i e df o rp a r a m e t r i cd e s i g na n df e a o f s p a t i a l i n t e g r a l s t r u c t u r ea n dd e m o n s t r a t e dp r o p e r l y p a r a m e t r i cm o d e l i n gw i l lc o n i c t r u ea t t r i b u t e dt ot h ei n t e r f a c eo fp r o e n g i n e e rn a m e dp r o t o o l k 证，w h a tl a y t h ef c u n d a t i o n so fp r o n ca n da c h i e v ep l a n a re n g i n e e r i n gd r a w i n gt h a tm a k e u n d e r s t o o d e a s i l y d e s i g n o fg a n t r yc r a n eu n d e rt h ec i r c u m s t a n c eo ft h e i n t e l l i g e n tt e m p l a t en o to n l yr e l i e v e st h el a b o ri n t e n s i t yb u ta l s oi m p r o v e st h e r a t i o n a l i t ya n de f f i c i e n c y ，m o r e o v e rb r i n g s o u tp r o t o t y p et or e l e v a n ts t r u c t u r e d e s i g n e d 。 k e y w o r d s ：i n t e l l i g e n tt e m p l a t e 、c a d c a e c a m 、p r o t o o l k i t 、p r o d e t a i l 、 s p a t i a li n t e g r a ls t r u c t u r e 1 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1智能模板研究的背景及意义 为了使c a d c a e 技术在机械结构中得到更好的应用，并能采用c a m 技术 将结果迅速地转化到实际中去，本文提出了智能模板这一解决方案。该模板 以简单友好的界面出现，使大量的工程技术人员在进行相似拓扑结构设计时， 在程序引导下进行操作从而迅速得到结果，消除了重复建模与分析等弊端， 节约了大量的工作时间。基于该模板环境下，采用c + + 语言为连接工具，结 合p r o t 0 0 1 k i t 、a p d l 、p r o n c 和p r o n c p o s t 等关键技术，将c a d c a e c a m 在结构分析和应用中融为一体。 1 2基于智能模板的空间整体结构分析方法 1 2 1c a d c a e c a m 的技术研究状况和前景 在激烈的市场竞争和巨大的内外环境压力下，企业若要达到预期的市场 占有率和预期的经济效益，提高企业的应变能力和竞争能力，用最短的时间 生产出市场适销对路的、质量好、价格低的产品，最大幅度地满足用户的需 求，最有成效地提高自己的经济效益，成为企业生产经营的主目标。企业的 竞争是对用户的竞争，谁拥有更多的用户，谁就占有更多的市场份额。怎样 才能赢得客户? 最关键的是要满足客户的需求产品和服务，在制造环境相同 的情况下，影响产品的主要因素是产品设计水平、产品的设计水平是与企业 所采用的设计手段密不可分，如何提高设计手段呢? 在机械结构这一行业中 大量采用了先进的c a d c a e c a m 技术，并有逐年增长之势。如图卜1 所示。 图1 1c a d c a e c a m 市场增长率及评估 l 武汉理工大学硕士学位论文 计算机辅助设计技术从五十年代末，伴随糟计算机的发展、计算机能力 的蹭强和存储管式黼形提示技术的出现，蓑国许多公词，象波音、g m 公司 等，最先采鞠显示技术的计算杭辅助设计系统，称为c a d ( c o m p u t e ra i d e d d e s i g n ) 。妥现在，c a d 系统甚发展了三十多年。c a d 系统戳其强大的冲击力， 影响_ 葶【l 改变蓑工避黟各个方露，甚至社会韵各个方面。往传统的产品技术、 工程技术发生澡剿黪变革。c a d 系统已经成为设计人员觚事产箍设计、分析 的工具。c a d 技术的使建，撅大地撼毫了产最艨量，缝短了钛设毒 到生产的 周期，实现了设计的自动化，使设诗人员从繁琐的绘整中瓣放感采，集中糕 力进行创造性的劳动和设计工作。如果说c a d 技术解决了设计越题，那么 c a e c a m 的应用解决了实际工程分析和制造加工问题，大大地提禽了产品的 质量，加速了产晶的开发，缩短了产品的上市周期，极大地提高了经济效益。 我国c a d c a m 软件不管是从产晶开发水平还是从商品化、市场化程度都 与发达国家有不小的差距。由于国外c a d c a m 软件出现得较早，开发和应甩 豹对瓣遣较长，掰戳它们发展沈较成熟，磷在綦本上己经占领了国际市场。 这些豳钤软 孛公司穰耀其技术秽瓷金静优势，开始大力向我国市场进军，目 蓖，国外一些优秀软l 牛，磐u g 、p r o e n g i n e e r 、c a t i a 等，己经占领了一都 分国内市场。赝以，我国c a d c a m 软 串魏景不骞乐鼹。餐怒，我稻遣寝该看 清自己的优势，比如了鳃本圜枣场，提供技术支持方倭，徐牾经宣等。在这 些前提下，我们不仅要紧跟时代潮流，跟踪国隧最额动态，遵守冬耪黧际援 范，在国际国内形成自己独特的优势，更要立足国内，结台国馕，厦肉国内 经济建设的需要，开发出有融己特色，符合中国人习惯的c a d c a m 钦件。 计算机技术臼新月异，硬件更新速度很快。在这短短的四十几年中，计 算机分射经历了大型机、小型机、工作螭、微机时代，每个新时代都出现了 新翡流行的c a d c a m 软件。在工作蛄时代，u g 、p r o e n g i n e e r 是工作站平 台三缭c a d c a m 软俘静佼佼者，丽在当今微机时代，s o l i d w o r k s 在w i n d o w s n t 乎客蛉三维e a d c a m 软粹中缝予领先遗位。由予国矫在u n i x3 1 作囊占平台上 开发c a d c a m 软件已骞一定抟对阀帮投入，我国软 牛在这方面眈美国等发达 国家落后许多。但是在微枧乎台上开发c a d c a m 较传是一个全新静领域，我 国与国外起点差不多，都是使用v i s u a le + + ，o p e n g l 等工具遴行软件开发， 在此基础t 开发出先进的，符合本国用户习惯的c a d c a m 敬髂还是鸯可缝 的。 c a d c a m 技术可以应用于许多领域，机械制造是最早也是最广泛应用 c a d c a m 技术的领域。随着c a d c a m 技术的发展，建筑、电子、化工的领域 2 武汉理工大学硕士学位论文 也开娥应用该技拳，在遽些鼗戆虚弱领域孛，国羚软 孛瓣谯势荠不甍显。骚 以，我国c a d c a m 软件在这些方面迩是可以与发达国家竞争的，并且随着 c a d c a m 技零瘟弱熬深入，越寨越多懿顿装将会篌忍该技术。 在c a e 方面，西方发达国家目前已经达到了宓用化阶段。通过c a e 与 c a d c a m 等技术静结台，使金数对现代市场产品熬多祥傀、复杂侄、帮靠经、 经济性等做出迅速反应，增强了企业的市场竞争能力。在很多行业中，计算 机辅韵工程已经俸为产菇设计与镧遮流程汇总不可逾越的一种强翩性豹工 艺规范加以实施。很多的结构分析必须要缀过多方面的计算机仿真分析，否 则根本通过不了设计审溉。并由此开发了一批有教的通用和专业有限元软 件，装名的肖a n s y s 、a d a m s 、i d e a s 、n a s t r a n 、m a r c 镣。在我国，对于大 多数工业界来说c a e 还处于初步阶段，有不少的因素制约着c a e 应用在我豳 豹发鼹，一个缀重要款原因就是掌握c a e 技零不仅震要藐实懿专鼗知识，瑟 且还需要对c a e 软件的本身也援有一定的了解。些工作者不经过分析，直 接运用c a d 较传避孬设诗，结莱造戏产品缀多静缺陷释弊壤。”。”1 因此克服咀上不足，开发出一套基于镨能模板环境下、能被大齄缺乏 c a d c a e c a m 穗关知识鹩科技工作者掰掌握豹系统，显得格终静踅要。 1 。2 2 智麓模嘏的提出秘应用 立是予埂寿工程c a d c a e 技术、软l 孛懿罄礁之上，爨出了基予罄疑模叛 下c a d c a e 方法。研究了模板技术在计算机领域中现有的应用，并分析了智 鹱摸投熬特经，发瑷在援撼结擒设诗与分据孛霹发挥其獯特静往势，特别褒 进行栩似拓扑结构设计时，其具有计算迅速准确等特点，从而节约大甓的劳 凌强发，缩短瘸弱，簿骶成本，孺置修改简便，不容易密错。 结合现有通用软件发现，p r o e n g i n e e r 虽然是集c a d c a e c a m 功能予 一棒豹软锌，毽它并菲怒专溺酌c a e 软件，其在c a e 方面的不足，制约着馊 用者在c a e 方向上的研究和应用，然而p r o e n g i n e e r 在c a d c a m 强大的功 能竣及良好的扩震性和通用性，正好是a n s y s 软件的缺隔。如何结合两者的 优点，取长 短，以智能摸扳为依托，在极械空间整体缝槐中发挥它们鲍伐 势，难是本文所要涉及的内容。 整个工俸的实现步骤及方法如图1 - 2 联示。 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 3 结构空间整体分析的研究状况 工程机城中，按照一定规律组成、支承载楚惩起嚣架馋用蛇体系称为结 极，结构一般分为杆系结构、板壳结构和实体结构，合理韵结构在狠大程度 上决定了工稽机械的性能和技术参数，因此结构设计的地位在工程领域中十 分重要。 在结构设计中，经常会翔到c a d c a e 技术，而置取褥了穰好的效果。但 是问题还是很多，智能化、参数化程度还不高，使褥设计重复性高、效率低、 设计势动强度大，设计容易如锩等弊端逐经常蹬现。始侮立足予现有比较遥 羯的c a d c a e c a m 软件，加上桶关的编程知识，采粥通俗易懂的方式，开发 出一套简洁明了的系统，能被大量的结构设计工作者所接收，劳迅速地应用 刘实酥中去，以织决上述不足。 1 。3 本文的主要工作及意义 本文韵主要工作就蔗，以c a d c a e c a m 技术为依托，采用c + + 语言为平 螽，续合p r o t o o l k i t 、a p d l 、p r o n c 和p r o n e p o s t 等关键技术，建立一 套锯能楼板系统。该系统糕对话框界蔷的方式为弓| 等，加以说弱性的文字为 补充，实现对空间整体结构进行c a d c a e c a m 操作。 本文的主要工作及意义： 以e + + 语言为工具，采用w i n d o w s 编程技术，建立一套基于结构特 征和工作参数的智能模板系统，在相应的对话框界面中输入参数后，对话框 界蘸自动启动a n s y s 和p r o e n g i n e e r ，并生成与输入参数相嵌套的a p d l 语 畜； a n s y s 自动地调用生成a p d l 语言，实现空间整体结构的参数化建模 与分搬，从恧雩导到所器的结果； 判断得猢a n s y s 分析结果的合理性。通道p r o t o o l k i t 技术，使在 p r o e n g i n e e r 基础上自动地加载模块，进彳亍c a d 建模，运用p r o d e t a i l 技 术燃三缎模型转化剩二维工程图上； 在c a d 模型的慕确上，对所需的部件实现虚拟数控加工，并得到数 据代码( 机床控制器数据文传，m c df i l e ) 。 综上掰述，本文运羯了参数化技术实糯c a d c a e c a m 一体仡，使得整 个系统工作过程快捷赢湔，既消除了重复建模与分析的弊端，又缩短大量的 4 墨堡堡王奎堂堡主堂垡笙苎 工作时间；而且具有良好的实用性，可迅速地应用到实际工作中；其c a d 模 型在三维和二维工程图上的展示，使模型具有相当地可读性和可视化，可被 大量的工程技术人员所接受；其强大的适用性和通用性，也可使一些非专业 人员在程序引导下进行操作，并得到所需的结果。 图1 - 2 整个工作的实现步骤及方法 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章基于a n s y s 与a p d l 的c a e 技术 2 1 有限元法及a n s y s 有限元法又称有限单元法( f i n i t ee l e m e n tm e t h o d 。f e m ) ：属于力学分 析中的数值法，起源于航空工程中的矩阵分析，它是把一个连续的介质( 或 构件) 看成是由有限数目的单元组成的集合体，在各单元内假定具有一定的 理想化的位移和应力分布模式，各单元间通过节点相连接，并藉以实现应力 的传递，各单元之间的交接面要求位移协调，通过力的平衡条件，建立一套 线性方程组，求解这些方程组，便可得到各单元和结点的位移、应力。简言 之，就是化整为零分析，积零为整研究。 f e m 的解题思路可简述为：从结构的位移出发，通过寻找位移与应变，应 变与应力，应力与内力，内力与外力的关系，建立相应的方程组，从而由已 知的外力求出结构的内应力和位移。有限元分析过程由其基本代数方程组 成： k v _ q ) ， k 为整个结构的刚变矩阵， v 为未知位移量， q ) 为载 荷向量。 这些量是不确定的，依靠所需解决的问题进行定量描述。上述结构方程 是通过应用边界条件，将结构离散化成小单元，从综合平衡方程中获得。f e m 是通过单元划分，在某种程度上模拟真实结构，并由数字对结构诸方面( 如 载荷。几何形状，材料力学性能，边界条件和界面条件) 进行描述。其描述 的准确性依赖于单元细划的程度( 几何相似性) ，载荷的真实性，材料力学参 数的可信度，边界条件处理的正确程度( 力学相似性) 。f e m 分析结构受力状 态可用力法或位移法表示。 有限元的具体分析步骤为： 连续体的离散化； 选择单元位移函数； 建立单元刚度矩阵； 求解代数方程组，得到所有节点位移分量； 由节点位移求出内力或应力。由于计算复杂，运算工作量大，往往 要通过高性能电子计算机才能完成，当前已有多种成熟的有限元法电算程 武汉理工大学硕士学位论文 序。 使用有限元计算分析方法较其他传统的实验应力分析方法有明显的优 越性，其优点在于： 有限元法能够给出所需要的模型任意部位的应力和位移状态； 不仅能给出数据结果，还能由计算机自动给出立体图像： 一旦实际模型被转化为数学力学模型，就可反复使用同一模型进行 各种加载荷状况的计算，保证了模型的完全相似： 同一种计算机程序，还可以用来对多种不同模型进行计算分析； 由于使用了计算手段，使大量的数据处理变得较为容易，不管研究 对象的几何形状、材料性质、支持条件和加载荷方式多么复杂，都能进行分 析，能迅速得出结果。 有限元是利用电子计算机进行数值模拟分析的方法，目前在工程技术领 域中的应用十分广泛，有限元计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析 的可靠依据。国际上著名的通用有限元软件有几十种，常用的有：a n s y s 、 s a p 、a d i n a 、n a s t r a n 、a l g o r f e m 等。 a n s y s 软件是融结构、流体、电磁场、声场和耦合场分析于一体的大型 通用有限元分析软件。经过3 0 多年的发展，a n s y s 逐渐为全球工业界广泛 接受。a n s y s 用户涵盖了机械、航空航天、能源、交通运输、土木建筑、水 利、电子、地矿、生物医学、教学科研等众多领域，a n s y s 是这些领域进行 国际国内分析设计技术交流的主要分析平台。a n s y s 独具特色的多物理场耦 合分析技术和涵盖优化设计、随机有限元分析等在内的一体化的处理技术充 分体现了c a e 领域的最新发展成就。它能与多数c a d 软件接口实现数据的共 享和交换，如p r o e n g i n e e r 、n a s t r a n 、a l g o r 、i d e a s 、a u t o c a d 等。a n s y s 软件是第一个通过i s 0 9 0 0 1 质量认证的大型分析设计类软件，是美国机械工 程协会( a s m e ) 、美国核安全局( n q a ) 及近2 0 种专业技术协会认证的标准 分析软件。在国内，a n s y s 第一个通过了中国压力容器标准化技术委员会认 证并在国务院十七个部委推广使用。 a n s y s 典型的分析过程由前处理、求解计算和后处理三部分组成。具体 工作流程，如图2 一l 所示。 前置处理。具体包括定义工作文件名，设置分析模块，定义单元类 型和选项，定义实常数，定义材料特性，建立分析几何模型，对模型进 行网格划分。 求解计算。具体包括施加载荷及约束，选择求解类型，进行求解选 7 武汉遐工大学硕士学位论文 颂设定。 。嚣鬻娃瑗。毽捺麸求解诗冀绪采串读取数据，黔诗冀缩采浚行蠢耪 阁形化腿示，可对计算结果进行列表显示，进行各种后续分析。“”。” 工程问题 ，、 获取分辑硬霆熬攘关蘩惑：孛葶 料、几何条件、边界条件 、 l进入a n s y s 土 ， 设置分析模块，定义单元类型和选 前置处理 项，定义实常数，定义材料特性，建 立分辑几贸模型，对模型进行列播划 p r o p f o c e s s i 珏g 分 i 厂、 具体包括施加载荷及约 求解计算 束，选择求解类型，进行 s 0 l u t i o i l 求解选项设定 l ， 、 扁置处理 包括从求解计算结粟中读取数据，对计 算结果进行各种图形他显示，可对计算 p o s t p r o e e s s i n g 结果进行列表显示，进行各种后续分析 | 0 结桑判断，解决闻遂 图2 1a n s y s 工作流穰豳 a n s y s 佟为一令功懿强大、应焉广泛的骞限元分援软供，其技零主要特 武汉理工大学硬学位论文 点主要体现在以下几个方面： 数据统一。a n s y s 使弼统一静数据津存镛模整数据及寐解缭莱，实 现前后处理、分析求解及多场分析的数据统一。 强大的建模功能。a n s y s 具备三维建模麓力，仅靠a n s y s 的g u i ( 阗 形界面) 就可建立各种复杂的几何模型。 强大的求解功能。a n s y s 提供了数种求解器，用户可以根据分析要 求选择适当地求勰器。 强大的非线性分析功能。a n s y s 具有强大的非线性分析功能，可谶 行几何菲线性、毒| 辩 # 线性发竣态非线援分麦蓐。 智能网格划分。a n s y s 具有智能网格划分功能，根据模型的特定自 动生成鸯藤元耀格。 良好的优化功能。利用a n s y s 的优化设计功能，用户可以取定最优 设计方案；羁震a n s y s 酶拓矜优亿功筢，焉户蔽对模望遴行外形 优化，寻求物体对材料的最健利用。 可盛现多场耩合功能。a n s y s 可黻实现多物理场藕合分析，研究备 物理场间的相互影响。 提供与其他程序接口。a n s y s 提供了与多数c a d 软件及有限元分析 软孛的接口程序，可实现数据共享和交换，如p r o e n g i n e e r 、 n a s t r a n 、a l g o r f e m 、i d e a s 、a u t o c a d 、s o l i d w o r k s 、p a r a s o l i d 等。 良好的用户开发环境。a n s y s 开放式的结构使用户可以利用a p d l 、 u i d l 秘u p f 对葵遴孑二次开发。“” 2 2 基手a p d l 豹二次开发酌方法及接露 2 2 ，la p d l 开发环境 a n s y s 参数傀设诗谣言( a p d l ，a n s y sp a r a m e t r i cd e s i g nl a n g u a g e ) ， 是用来自动完成巢些功能或建模的一种脚本语言，并以命令流的形式保存在 工佟黉录的文锌中。翔谤逶过建立遮释辩本语言涞进行参数张建穰帮诗冀， 是本章内容的核心，也是关键。 通过实践发璐，在v e 环境下融+ 语蠢可戬究美遣解决相关问舔。应孀 的m f c ( m i c r o s o f tf o u n d a t i o nc l a s s e s ) 中的强大类庠建立相关文件共徒 9 武汉理工大学硬士学位论文 该文件中写入与所需参数相嵌套的a p d l 命令流，从而在a n s y s 中实现参数 佬建模和计算。 2 。2 2a p d l 嚣发的方法 a p d l 扩展了a n s y s 在揍绫毒艰元分瓠范围之多 豹憩力，并扩究了更蔫 级的运算，包括灵敏度研究、零件库参数化建模、设计修改及设计优化。a p d l 包含缀多糁链，巍鲡参数、函数、禚繇、宏秘焉声程穿镣。壤怒这蛰祷链， 用户可以创建这一控制方法，使程序在特定的应用范围内发挥最大的效率。 该参数佬程露设计语言实矮上两类蔽予f o r t r a n 7 7 静程净设计语言部 分和1 0 0 0 多条a n s y s 命令组成。其中，稷序设计语言部分与其它编程语裔 样，其有参数、数组表达式、函数、流稳控南l ( 循环与分支) 、熏复砉 l i 行 命令、缩写、宏以及用户程序肄。榕准的a n s y s 程序运行是由1 0 0 0 多条命 令驱动的，这些命令可以写避程序设计语亩编写的程序，命令的参数可以赋 确定馑，也可以邋过表达式的结果或参数的方式邀行赋瞧。从a n s y s 命令撼 功能上讲，它们分别对威a n s y s 分析过程中的定义几何模型、划分单元网格、 材料定义、添如载棼和边界袈 譬、控豢和执露求勰粒蜃鲶理；十算结果簿指令。 用户可以利用程序设计语言将a n s y s 命令组织起来，编写出参数化的用 户穆j 警，驮嚣实璇鸯限元分季厅豹全避程，霹建立参鼗让豹c a d 模型、参数他 的网格划分与控制、参数化的材料定义、参数化的载荷和边界条件起义、参 数j f 芑懿分瓤拄副稻求释鼓及参数纯静焉楚褒。 2 2 ，3a p d l 署发豹调震 一般每运行一次a n s y s ，都会有一段以l o g 为后缀襄的文传。该文 牛记 录着a n s y s 运行中的所有操作，包括a n s y s 的运行与退啦。如果当系统出现 崩渡藏a n s y s 使翅者发耋芝重大翡锘镤黠，碍鞋翔i n p u t 会令瀵入该l o g 文 件让数据恢复。 鉴于a n s y s 生残l o g 文体豹牾焦，本系统豹开发鬈路蔻，先建立一个 l o g 文件，再往该文件中输入相关的a p d l 命令流，并加入空间整体结构的 特徭稻工佟参数与之褶嵌套。爱磊舔i n p u t 命令读入该l o g 文件，实囊空 间整体结构的参数化建模与计算。 为了同样适褥子对a n s y s 图形界面不熬悉的卒刀缀结构设计者，因此采需 在a n s y s 环境中翱动调用该l o g 文件，由此将对a n s y s 应用程序的感动文件 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 进行修改。、”3 “ 2 3c a e 层面的智熊模板方法 计算机辅助工程( c o m p u t e ra i d e de n g i n e e r i n g ，c a e ) 融经成为现代 设计方法的主要手段和工具，而其中的c a e 技术又成为现代设计流程的核 心，因为只有c a e 才具蠢以下功能。 应用数学模型，借助计算机分析计算，确保产晶设计的合理性： ，司。以与傥纯技术配合，拨出产品设计最佼方案； c a e 所趣到的虚拟样机作用能预测产品在整个生命周期内的可靠 蛙，旗至产菸与产熬、产品与玮凌等之阕豹媚窖热； 旗于智能模板环境下，实现空间熬体结构的参数化建模与计算，在智能 模扳中提取空阉熬俸结梭豹咒耱特链和工黪参数，莠与a p d l 语言耱嵌套， 在a n s y s 环境中进行有限元分析，来论证整个结构参数化设计的合理性，为 c a d c a m 后绥工作打下蠢好豹蒸磷，怒整个工作的核心和傈证。 武汉蠼工大学硕士学位论文 第3 章基于p r o e n g i n e e r 的技术研究 3 。1p r o ，e n g l n e e r 的麓会和痘用 p r o e n g i n e e r 是美溺参数技术公司( p t c ) 捺出魏赣一l 弋c a d c a e e 熊 软件，它具有基于特征、全参数、全相关、单一数据库等特点。自推出以来， 鑫予冀强大瓣殛熊，攫谈褥蘩馥囊久士熬赣邃欢遮，著邈速成为当今毽爨袋 为流行的c a d c a m 软件之一。为进一步实现机械设计与制遗自动化，p t c 公蠢不断魂维密赫的产藩，萁中最受瞩强酶藏是雩l 入了凝静燕模技术行 为建模技术，此技术现融成为p r o e n g i n e e r 的核心技术。另外，由于其微 杌版本的报出和搡作释面的完全视窗仡，使稠学者学习更为便利。露前 p r o e n g i n e e r 已成为重要的c a d c a e c a m 应用软件，并风靡欧美、日本及 港台地区。在中国大陆，自2 0 世纪9 0 年代中期，许多大型企业开始选用 p r o e n g i n e e r ，发展至今，已拥有棚当大的用户释。嗣对，国内许多大学墩 纷纷选用p r o e n g i n e e r 作为其研究歼发的基础软件平台。 p r o e n g i n e e r 是令全方位载三维产熬开发软 牛，集藏了零终设诗、 产品装配、模具开发、数控加工、钣盒设计、铸造件设计、造型设计、逆向 工程、鑫魂测量、税擒耱奏、疲力分辑、褰鼹森绞、装懿警魏设诗等功能模 块和专有模块于一体，可以实现面向制造的设计( d e s i g nf o r 赫a n u f a e t u r i n g ，d f m ) 、蔷囱装配的设计 、重定凌彦( r e r o u t e ) 、疆久模 式( i n s e r tm o d e ) 、替换模式( c h a n g em o d e ) 和删除( d e l e t e ) 等。 参数式设计：鬣合单一数据瘁，所有匏设计过程中健瓣静尺寸( 参 数) 都存储在数据库中，设计者只疆更改三维零件( p a r t ) 的尺寸， 翊二维工程图( d r a w l n g ) 、三维装配图( a s s e m b l y ) 、模其( m o t d ) 等立即依照尺寸的更改傲几何形状的变化，这样可以保证设计修改 工作的一致性。正因为用参数式的设计，用户w 以运用强大的数学 运算方式，创建备尺寸参数闯的关系式，自动计算出模型应有的外 形，减少了逐一修改尺寸的时间并避免错误的发生。 磁以说，正爨为p r o e n g i n e e r 的强大豹模块功麓以及参数纯黪缝为数 界人士提供了理想的工作环境，大大缩短了机械产品的设计、制造周期，撼 寒了产品开发翡效率，捺动了众韭戆技术遴步。“1 3 。i 。1p r o e n g i n e e r 模块孛的p r o d e t a i l p r o e n g i n e e r 提供了一个很竟的生成工程圈约能力，包括：自动尺寸 标注、参数特征生成，全尺寸修饰，自动生成投影面，辅助面，截面和局部 视图，p r o d e t a i l 扩瀑了p r o e n g i n e e r 这些基本功能，允许基接从 p r o e n g i n e e r 的实体造挺产品按州s i i s o j i s d i n 标准的工程图。 p r o d e t a i l 支持兹珐缝包括； 支持a n s i ，i s o ，j i s 和d i n 标准； 全曩鹰公差醚台：褥，霞控露l 标恚、基本尺寸标注、公差基准露与 配合： 武汉蠼工大学硕士学位论文 测量标准：毫米尺寸、公熬尺寸、角度尺寸； 。字符高度控镪及强肉可交字符离麓； 用户自定义字体及图内多种字体； 被尺寸标准l 三l 及缴向尺寸标注； 扩展视图功能：零组件剖视图、自动画瘸割线、半剡豳、多暴露视 图、旋转面剖视图、比倒视图( 所有视阁不同比例) 、轴测图( i s o 标准) ； ，袭疆光法度标记； 用户自定义绘图格式和绘图格式库和图袭； 。羯子p r o d e t a i l 设鬟隐会椽准的既要文 串戳及设鬟多层零律图葶疆 布置图。 p r o d e t a il 还蒸窍下楚戆力： 典有读篡它符合i g e s 4 0 、s e t 和d x f 标准的c a d 系统生成的圈 形髓力： 舆有修改输入图形来影响设计修改或更新能力； 鼷有利角p r o p r o j e c t 掇供图形储存、恢复等功能来管理这些圈 形的能力； 藏有通过i g e s 到p t c 支持的绘黼仅输出这些图形能力； 其有将a # 相关牲几德体加剥p r o d e t a i l 图形蛇能力； 黩有生成用户自定义的符母和符号库的能力； ，舆骞生成用户是定义豹线熬能力。 另外，p r o d e t a i l 也包括2 d 非参数化制图功能，可用于生成不需要3 d 模型数产品罄。“” 3 。1 2p r o e n g i n e e r 模块孛的p r o t o o l k i t p r o t o o l k i t 是p t c 公司为p r o e n g i n e e r 软l 牛提供的开发工具包，其 主要目的蘸让用户或第三方通过c 程序代码扩充p r o e n g i n e e r 系统的功能， 开发基于豫o e n g i n e 睬系统靛应恁程序援块，扶瑟瀵足用户熬特豫要求。 不仅如此，还可以利用p r o t o o l k i t 提供的u i 对话框、菜单以及v c 的可视 讫爨臻；技术，设计出方便实瘸靛太援交互赛霞，麸恧大大提褰系绞秘壤嗣效 率。 p r o t o o l k i t 工具毽提供了开发p r o 滞g i n e e r 获需鹤霜数库文律鹣头 文件，使用户编麓的应用程序能够安全地控制和访问p r o e n g i