侧翻式自卸半挂车车架的结构优化设计研究-优秀论文.pdf

分类号：u469.4密级： u d c：629.01编号：14-080200-56m 河北工业大学硕士学位论文 侧翻式自卸半挂车车架的结构优化设计研究 论 文 作 者：赵东旭学 生 类 别：全日制 学 科 门 类：工学学 科 专 业：机械工程 指 导 教 师：王金刚职称：教授 dissertation submitted to hebei university of technology for the master degree of mechanical engineering the optimization design of frame of the side-dump semi-trailer by zhao dongxu supervisor: prof. wang jingang march 2014 原创性声明原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得 的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表 的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究 工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声 明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：日期： 关于学位论文版权使用授权的说明关于学位论文版权使用授权的说明 本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有 权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全 文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名：日期： 导师签名：日期： i 摘要 随着国家一些基础设施、重点工程建设的加快和我国能源、矿产资源在地理上分 配不均衡等因素的影响，使得重型零散货物的运输量不断增加。由于侧翻式自卸半挂 车可以极大地提高煤炭、建材、矿石等零散货物的运输效率，其受到了广泛关注。车 架作为侧翻式自卸半挂车的关键承载部件，它的结构形式和性能优劣直接关系到整车 设计的成败。在侧翻式自卸半挂车设计中，对车架进行有限元分析与结构优化设计， 对于提高整车设计质量，降低整车生产成本有着重要意义。 本论文以河北省某专用汽车厂已设计生产的 jdl9400zx 型侧翻式自卸半挂车车 架为研究对象，首先利用 ug6.0 三维建模软件及 hyperworks 有限元分析软件，分别 对车架进行了几何模型和有限元模型的建立。然后对车架在使用过程中的三种典型工 况进行了静态强度刚度分析和模态分析；并以车架纵梁和液压缸支座为研究对象进行 了结构优化设计。最后对优化设计结果重新进行建模分析，分析研究结果表明经过优 化不仅提高了车架的性能而且达到了轻量化的目的，验证了车架优化设计的必要性和 可行性。 关键字：侧翻式自卸半挂车车架有限元强度刚度分析模态分析结构优 化 ii abstract as the accelerated construction of some infrastructure and key projects of state, the impact factors of uneven distribution geographically scattered of energy and mineral resources of our country, make the heavy goods traffic is increasing. since the side-dump semi-trailer can greatly improve the transportation efficiency of coal, building materials, minerals and other scattered goods, which received widespread concern. frame as a key bearing parts of side-dump semi-trailer, the structure and performance directly related to the success or failure of the vehicle design. in the side-dump semi-trailer design, finite element analysis on the frame and structure optimization design is important for improving the quality and reducing the cost of vehicle production. in this paper, jdl9400zx type side-dump semi-trailer which have been designed and manufactured by a special purpose vehicle plant in hebei province as the research object, firstly use 3d modeling software of ug6.0 and finite element analysis software of hyperworks to establish the model of the frame and the finite element respectively. then make the analysis of static strength and stiffness and modal analysis of the frame in the three typical conditions; and optimize the structure design in which the frame girder and hydraulic cylinders bearing as the design variables. finally, to make the modeling analysis of optimization results again, the analysis results show that it is not only improves the performance of the frame but also achieves the aim to get a lightweight frame and verify the necessity and feasibility of the optimization design for the frame. keywords:side-dump semi-trailerframefinite elementstrength and stiffness analysismodal analysisstructural optimization iii 目录 第一章绪论.- 1 - 1.1 课题来源.- 1 - 1.2 自卸半挂车介绍.- 1 - 1.3 课题研究意义.- 3 - 1.4 课题研究内容.- 3 - 第二章有限元法基本理论及 hyperworks 软件介绍.- 5 - 2.1 有限元法发展历史.- 5 - 2.2 有限元法基本理论.- 5 - 2.2.1 有限元法基本概念.- 5 - 2.2.2 有限元法理论基础.- 6 - 2.2.3 有限元法分析步骤.- 7 - 2.3 hyperworks 软件介绍.- 9 - 2.4 本章小结.- 11 - 第三章侧翻式自卸半挂车车架有限元模型的建立.- 13 - 3.1 侧翻式自卸半挂车基本参数.- 13 - 3.2 车架三维实体模型的建立.- 14 - 3.2.1 ug nx 软件介绍.- 14 - 3.2.2 车架三维实体模型的建立.- 15 - 3.3 车架有限元模型建模准备.- 16 - 3.3.1 车架有限元建模应该遵循的原则.- 16 - 3.3.2 车架结构和材料参数.- 17 - 3.4 车架有限元模型的建立.- 18 - 3.5 车架悬架几何模型的模拟.- 24 - 3.5.1 半挂车钢板弹簧悬架结构特点.- 24 - 3.5.2 车架钢板弹簧模拟及刚度计算.- 25 - 3.5.3 悬架有限元模型的建立.- 26 - iv 3.6 车架边界条件的确定和载荷施加.- 27 - 3.6.1 边界条件.- 27 - 3.6.2 载荷施加.- 28 - 3.7 本章小结.- 29 - 第四章侧翻式自卸半挂车车架静态分析.- 31 - 4.1 车架静态分析必要性.- 31 - 4.2 静态分析评价.- 31 - 4.2.1 强度评价指标.- 31 - 4.2.2 刚度评价指标.- 32 - 4.3 满载弯曲工况分析.- 32 - 4.3.1 车架弯曲工况的边界条件与载荷处理.- 32 - 4.3.2 车架弯曲工况分析结果.- 33 - 4.4 满载扭转工况分析.- 34 - 4.4.1 车架扭转工况的边界条件与载荷处理.- 34 - 4.4.2 车架扭转工况分析结果.- 35 - 4.5 侧翻卸载工况分析.- 36 - 4.5.1 侧翻卸载机构介绍.- 36 - 4.5.2 侧翻卸载工况的边界条件与载荷处理.- 37 - 4.5.3 侧翻卸载工况分析结果.- 38 - 4.6 车架静态分析结论.- 40 - 4.7 本章小结.- 41 - 第五章侧翻式自卸半挂车车架模态分析.- 43 - 5.1 车架模态分析必要性.- 43 - 5.2 车架自由模态分析.- 43 - 5.2.1 边界条件的确定.- 43 - 5.2.2 计算频率的确定.- 43 - 5.3. 车架模态分析及结果总结.- 44 - 5.4 本章小结.- 47 - 第六章侧翻式自卸半挂车车架的结构优化设计.- 49 - 6.1 结构优化简介.- 49 - 6.2 车架纵梁尺寸优化.- 50 - v 6.2.1 尺寸优化理论基础.- 50 - 6.2.2 纵梁尺寸优化.- 50 - 6.2.3 纵梁尺寸优化结果.- 52 - 6.3 卸载液压缸支座形貌优化.- 54 - 6.3.1 形貌优化概述.- 54 - 6.3.2 液压缸支座形貌优化分析.- 54 - 6.4 优化后车架分析.- 57 - 6.4.1 优化后车架静态分析.- 57 - 6.4.2 优化后车架模态分析.- 59 - 6.5 本章小结.- 61 - 第七章结论.- 63 - 7.1 结论.- 63 - 7.2 展望.- 63 - 参考文献.- 65 - 致谢.- 69 - 河北工业大学硕士学位论文 - 1 - 第一章绪论 1.1 课题来源 本课题来源于河北工业大学与河北省某专用车有限公司的合作项目-jdl9400zx 型侧翻式自卸半挂车车架的结构优化设计研究。本论文是在该公司已设计生产的侧翻 式自卸半挂车基础上对其车架进行有限元分析及结构优化研究，分析其强度刚度及模 态等是否满足使用要求，并根据分析结果，在保证车架性能的前提下，对车架进行结 构优化和改进设计。 1.2 自卸半挂车介绍 自卸半挂车是自卸车和半挂车的组合（如图 1.1 所示） 。 自卸车是二十世纪中期伴 随着工业的快速发展而出现的，它的出现是一次重大的技术变革，它有效的节省了劳 动力，降低了劳动强度，提高了生产效率1。自卸车是指在车架载货部位安装了具有 液压或者机械举升装置以实现自动倾泻货物的车辆。半挂车是指将车轴（单轴或者多 轴）置于车辆质心（均匀载荷时）后面，而且能够将水平力和垂直力传递给牵引车的 被牵引车辆2。半挂车通常采用牵引销与牵引车相连，它的部分载荷通过牵引座由牵 引车承载2。半挂车的设计形式符合人机工程学，具有装载货物安全牢固,装载质量大 等优点。与单体车辆比拟，半挂车更能够提升公路运输的经济效益。有关数据表明， 半挂车较单体式车辆运输效率可提高 30-50%， 油耗下降 20-30%， 成本降低 30-40%1。 除此之外，半挂车的甩挂运输、区段运输也能够促进我国物流形式的发展。 侧翻式自卸半挂车车架的结构优化设计研究 - 2 - 图 1.1自卸式半挂车 自卸式半挂车兼具自卸车和半挂车的优点。它是以一般半挂车为基础，对其进行 特别设计后可实现卸货自动化的专用车辆。自卸半挂车依据卸载方向分类一般可分为 后翻式和侧翻式。侧翻式自卸半挂车是根据车箱的长度，利用装配在车厢底部液压缸 横梁上的46个并排多级液压缸同时作用于车厢底部支座， 将车厢向左右两侧面翻转， 以实现松散物料的倾卸。通过改变车厢下部两侧的销轴开闭状态，能够达到车厢向左 或向右侧卸料的目的。采用侧翻自卸的车辆一般车身尺寸较长（例如半挂车、货厢尺 寸长于 9.6m 的自卸车辆等） ，车辆运载的货物相对来说也比较固定 1。侧翻式自卸半 挂车的广泛应用不仅节省了卸料时间，而且充分减短了货物运输周期，提升了货物运 载效率。 图 1.2 所示为河北省某专用车有限公司生产的侧翻式自卸半挂车结构示意图： 图 1.2侧翻式自卸半挂车 1-牵引销2-支撑装置3-车轴及轮胎4-悬挂系统5-车架总成 6-液压自卸装置7-车厢总成 河北工业大学硕士学位论文 - 3 - 1.3 课题研究意义 进入 21 世纪以来，随着我国公路行业快速发展，国家一些基础设施的建设，西 部开发、城市化进程的加快使得重型散装货物的运输量不断增加。再加上我国能源、 矿产资源在地理上分配不均衡等因素的影响，这就使交通运输行业在我国国民经济中 占有的地位越来越重要3。社会对汽车运输的效率和经济性，以及各类专用功能的要 求也逐渐提高,从而使汽车向专业化发展呈现必然趋势。因此各种类型专用汽车的重 要性也就尤为凸显。由于上述建设和规划不是在短时间内就能完成的，根据自卸式半 挂车的用途可知，在很长的一段时间内，这些项目的建设都将需要相当数量的自卸式 半挂车，因此自卸式半挂车有着很大的发展前景。 据权威资料显示，当前我国半挂车的市场份额占所有载货汽车的 40，而发达 国家半挂车的份额已经达到 65以上4。随着人们需求的不断增长，甩挂运输方式的 高效节能、环保优势将逐渐成为物流行业的首选。此外人们对自卸式半挂车的要求也 逐渐提高，其用量将不可估量，因此自卸式半挂车行业发展前景相当广阔。但是我国 现在的自卸式半挂车有一部分是由一些规模不是很大，实力不够雄厚的企业生产的。 这些企业所生产的自卸式半挂车往往由于按照经验设计、理论计算不足等因素影响， 导致在使用时发现其部分结构不合理，有的部分强度太强，而有些部分强度又太弱， 这对车辆安全运输造成了很大的隐患,因此有必要对自卸式半挂车进行有限元分析及 结构优化研究。 1.4 课题研究内容 本论文以 jdl9400zx 型侧翻式自卸半挂车车架为研究对象，主要研究内容具体 如下： （1）建立侧翻式自卸半挂车车架三维实体模型 根据已设计的二维图纸，在 ug 软件中创建车架的三维模型，并对其进行简化处理。具体包括：删除三维模型中不参 与承载的一些部件，包括工具箱、左右侧挡泥板、灯具支架等；忽略一些对车架力学 性能影响很小的几何特征。 （2）建立车架有限元模型 首先将简化后的三维实体模型通过中间格式导入有限 元分析软件 hypermesh 中。 然后对车架几何模型进行几何清理、 抽取中面、 用 2d-pshell 单元结构离散、网格质量检查等步骤。最后再创建模拟悬架进而完成车架有限元模型 侧翻式自卸半挂车车架的结构优化设计研究 - 4 - 的建立。 （3）车架静态分析 在实际使用过程中选取三种典型工况：满载弯曲工况，满载 扭转工况，满载侧翻卸载工况进行分析研究。根据车架实际受力情况，首先在三种典 型工况下分别对车架进行载荷和边界条件处理；然后进行静态强度刚度分析，得出车 架的静态特性。 （4）车架模态分析 通过对车架进行自由模态分析，预测车架与路面激励等因素 发生相互影响的可能性。 （5）车架结构优化 对车架部分零件进行结构优化研究，然后建立优化后的车架 有限元模型，并对其进行分析验证。 河北工业大学硕士学位论文 - 5 - 第二章有限元法基本理论及 hyperworks 软件介绍 2.1 有限元法发展历史 有限元法始于 20 世纪 40 年代。1941 年，hremkoff 提出了网格划分法。1943 年， r. ，courant 首次在三角区域中定义了分段连续函数，有限元法的基本思想“离散化” 概念在这期间提出，然而因为计算条件等因素的限制这种思想在当时并没有引起人们 的注意。1965 年，oczienkiewicz 和他的同事 ykceung 宣布，有限元法适用于所有 可以利用变分形式领域的问题，这将促进有限元方法的应用和在更广阔的领域进行计 算。 航空工程领域里首次采用了有限元法， 后来逐渐扩展到各个技术领域， 例如机械、 汽车、造船、建筑等领域。自从 20 世纪 80 年代，随着计算机硬件和软件技术及计算 方法的飞速发展，使得日益丰富和完善的有限元模型技术和方法从几十、几百个单元 发展到几万甚至几十万个。应力分析对象也逐渐由静态扩展到动态响应， 、噪声、碰 撞和优化设计等方面5。 现今社会伴随计算机技术快速发展，应用大型有限元软件建立汽车的有限元模 型，并进行结构静态、动态分析，进而完成后续优化设计，已普遍成为各大汽车公司 采用的一种技术手段。 2.2 有限元法基本理论 2.2.12.2.1 有限元法基本概念有限元法基本概念 有限元法（finite element method）是一种先进的 cae 技术，现如今，在有限元 技术的辅助下，解决了许多高难度的计算和分析问题，有限元法已成为众多工程师进 行设计和分析的必备工具。 有限元法是计算数学、力学和计算机学相结合的产物，其基本思想归纳为“先分 后合”或“化整为零又积零为整”7。具体即是：对所要求解的物理模型，通过结构 离散，将连续体的无限自由度离散为有限自由度，然后对每个单元选择一个比较简单 的函数，近似表达单元所代表的参数，如应力或位移等参数，利用离散而成的有限元 侧翻式自卸半挂车车架的结构优化设计研究 - 6 - 集合体代替原来的连续体，并建立节点的平衡方程组；再把所有单元方程组组合为整 个结构刚性方程组。最后设置边界条件，通过求解代数方程组而获得数值解 6。 2.2.22.2.2 有限元法理论基础有限元法理论基础 有限元法的理论基础是变分原理；中心思想是分片插值法。变分问题的求解可以 通过里兹法与加权余量法8。 里兹法是通过选取试探函数对泛函进行变分的直接解法。 对于一个泛函要求其变分，首先取试探函数： n i iin xnay 1 )( （2.1） 式中： i a 里兹参数； )(xni 里兹函数； 当 n 时，通过代入泛函然后求其极值，进而求出收敛到的精确解。 加权余量法是以微分方程为基础，然后建立积分形式。假设微分方程用算子表示 为： fl y )( （2.2） 加权余量法的基本思想是求解微分方程（2.2）中的 y 值。假设有一个满足边界 条件且连续的试探函数 y ，将此代入原方程（2.2）中，代入后求解与原函数的差值如 果不为零，那么将会得出一个余量 r ，即 rfl y ) ( (2.3) 此余量随着试探函数的变化而变化。把余量 r 和加权函数 i w 进行正交化，并化 成代数方程组，然后获得近似解，即： l xii dwrwr0*, （2.4） 如上，这种在加权平均意义下使误差为零的方法称之为加权余量法。 有限元法与传统的力学方法差异较大，这种差异使得有限元法能够把一些不易解 决的实际问题变得很好处理，具体表现在： 河北工业大学硕士学位论文 - 7 - （1）有限元方法可以适用于任何形状和尺寸的单元，所以它可以是“组装”的复 杂形状的机械零件； （2）利用有限元方法解决实际工程问题时，在分析应力集中区域过程中可以通 过改变单元体的尺寸，使其减小的方式来细加分析研究； （3）利用有限元方法解决实际工程问题时，外部负载的各种类型都可以采用适 当的方法来计算节点的分布； （4）有限元方法求解初始应力和热应力问题时比较快捷； （5）有限元方法关于处理材料的不均匀性也比较有优势； （6）利用有限元程序，可以解决复杂结构的应力，位移和稳定性参数。 2.2.32.2.3 有限元法分析步骤有限元法分析步骤 整个有限元分析的全过程可以视为根据现实对象的实际结构，利用建模软件建立 cad 三维实体模型，将三维模型进行离散化，并将所受到的实际工况载荷分别作用 到各个单元上，最后得出每个单元的节点应力和位移。根据离散化结构的连结方式， 将各单元刚度矩阵进行组集，得到反映整体结构位移与载荷关系的整体刚度方程。 有限元分析大致可分为三个步骤，即有限元分析的前处理，有限元分析的求解和 有限元分析的后处理9。如图 2.1 所示为采用有限元法进行结构分析的流程图： 侧翻式自卸半挂车车架的结构优化设计研究 - 8 - 图 2.1采用有限元法进行结构分析的流程图 （1）前处理 其内容包括如下几部分： 1）建立分析结构的物理模型。直接读取结构模型或者通过 step 等中间格式从系 统中导入结构的几何模型，输入有限元分析软件。 2）确立分析对象的有限元网格离散类型和连接方案，确定材料属性，将结构进 行离散化。 3）确定并施加载荷和相关边界条件 （2）求解 经过载荷施加、边界条件处理后，求解大型联立方程组，最后求出节点应力值。 河北工业大学硕士学位论文 - 9 - 可以利用大型通用有限元程序提供的各种求解方法进行求解。 （3）后处理 对有限元分析输出的结果进行必要的整理并按一定的方式（如应力云图、应变云 图，振型图等）显示或打印出来，以便对分析目标的性能或设计目标的合理性进行分 析、评估，为进一步优化提供依据。 2.3 hyperworks 软件介绍 在现代社会，计算机技术高速发展的同时，也带动了结构优化软件的迅速发展。 如 ansys、hyperworks、nastran 等。下面主要介绍本论文所使用的在有限元网 格划分和结构优化设计中表现相当出色的软件 altair hyperworks。 hyperwork 是由美国密歇根州的 altair 公司开发的一个 cae 平台，它集成了 设计分析所需的各种工具。 hyperworks 的界面设计人性化易于上手， 并且多种通用格 式（例如 step，iges）的几何模型和有限元模型都可以方便的导入导出6。 本论文用到的主要是 hyperworks 软件的前处理模块 hypermesh、优化模块 optistruct、后处理模块 hyperview。其前处理时使用 hypermesh；求解时可以根据分 析目标的类型选择不同的求解器，hyperworks 自带求解器 optistruct 提供了两种求解 方式：analysis（用于静态求解）和 optimization（用于优化求解） 。后处理选用 hyper view 进行处理。 hypermesh是目前较为先进的有限元分析前处理器， 能与几乎所有的cad和cae 软件接口。其几何清理、结构离散功能特别强大，可以快速创建各种复杂模型，其实 体几何和实体网格划分功能现已成为六面体和四面体网格划分功能的新标准6。 在进行几何清理时，hypermesh 有很多可以实现修改和重新设计输入的几何模型 的功能。 方便的处理从其他软件导入的几何模型时存在的大量的细小圆角、 微小缝隙、 小的弯折和小的孔洞等不利于生成高质量网格的因素，以提高网格划分的质量和速 度。除此之外，它还具有网格质量检查（qi）功能，可以得到对网格质量的直观评价。 在进行网格划分时，hypermesh 是非常有优势的，它的自动网格划分功能非常智 能化，能够快捷的调整每一个曲面或者边界网格参数。hypermesh 可以在封闭区域用 四面体单元进行快速的离散，而且单元的一阶和二阶单元可以方便的相互转换。 hypermesh 其用户界面如图 2.2 所示： 侧翻式自卸半挂车车架的结构优化设计研究 - 10 - 图 2.2hypermesh 用户界面 optistruct 常被用于结构的初始概念设计和结构改进设计。optistruct 自带一个线 性有限元计算器，能够为传统有限元分析（包括自然频率、线性静态、频率响应分析 等）提供精确求解。除此之外还可以提供包括尺寸（size）、形状（shape）、拓扑 （topology）、形貌（topography）在内的优化设计方案的精细设计。optistruct 还可 通过优化控制参数，用以控制优化结果，提高优化结果的可借鉴性和可制造性6。 hyperview 用于处理求解完成后生成的有限元分析（fea）结果；也可以录制设 计过程的视频、制作并输出各种数据等。 应用 hyperworks 软件进行有限元分析的主要步骤如图 2.3 所示 河北工业大学硕士学位论文 - 11 - 图 2.3hyperworks 软件进行有限元分析的主要步骤 2.4 本章小结 主要介绍了有限元理论、有限元方法分析步骤和 hyperworks 软件。首先阐述了 有限元法的发展历程。然后讲述了有限元法基本概念、理论基础以及有限元计算方法 中两种典型方法：里兹法和加权余量法。最后对有限元分析步骤和 hyperworks 软件 进行了简单的系统阐述，为侧翻式自卸半挂车车架的有限元分析和结构优化设计提供 理论依据和实施载体。 侧翻式自卸半挂车车架的结构优化设计研究 - 12 - 河北工业大学硕士学位论文 - 13 - 第三章侧翻式自卸半挂车车架有限元模型的建立 3.1 侧翻式自卸半挂车基本参数 汽车车架总成是自卸半挂车的承载基体，它承受着各种力和力矩，传递着驱动力 和制动力，是自卸半挂车的重要总成之一。半挂车车架大都采用边梁平板式车架。这 种车架主要包括两根位于左右两侧的纵梁和位于纵梁中间的若干根横梁，用焊接或者 铆接的方法将纵梁与横梁连接成坚固的刚性构架11。车架整个货台都是平直的，且全 部位于车轮之上， 这样货台面积就很大。 此外这种车架弯曲刚度比较大， 承受扭矩时， 车架各个部分一起产生弯曲扭转。它的优点还有车厢和其它总成在装配时有很大的空 间，因此边梁平板式车架被广泛应用在半挂汽车上。 此专用车公司生产的侧翻式自卸半挂车车架采用的即是边梁平板式车架。表 3.1 为本论文所研究的侧翻式自卸半挂车基本技术参数： 表 3.1侧翻式自卸半挂车基本技术参数 参数类别参数名称参数值单位 整车技术参数 最大总质量39000kg 最大装载质量32700kg 整车整备质量6300kg 车架外形尺寸（长*宽*高）11000*2450*2980mm 底盘技术参数 轴距5370/1310/1310mm 轮距1840/1840 /1840mm 后悬1490mm 牵引座距地面尺寸1350mm 轴数3根 轮胎数量12个 钢板弹簧片数10/10/10片 侧翻式自卸半挂车车架的结构优化设计研究 - 14 - 3.2 车架三维实体模型的建立 3.2.13.2.1 ugug nxnx 软件介绍软件介绍 ug nx 是德国西门子公司开发的一个 cad/cam/cae 软件系统，可应用于产品 的全生命周期内的各个阶段，包括概念设计、建模、分析和加工流程等12。ug 还拥 有有限元分析（fea） 、机构运动学分析（kinematic analysis） 、动力学分析（kinetic analysis）以及仿真模拟(simulation ofanalog)等功能，从而保证较高的产品设计可靠 性。同时，ug nx 还可以为已经建立好的构件三维模型编写多种类型机床控制代码 用于产品制造13。 ug nx 包含有建模、装配、制图、钣金、机械布管和外观造型设计等几十种功 能模块。这些功能模块按照不同的应用类型可以分为：cad 模块、cam 模块、cae 模块和其他专用模块14。ug 软件自 20 世纪 90 年代年进入中国以来，获得了飞速发 展，目前已经成为我国工业界应用范围广泛、使用人数众多、权威性高的 cad/cae/cam 软件之一1516。 ug 软件的特点可以简介如下12： （l）ug 能够在不丢失数据的情况下实现模块功能之间自由切换。 （2）实体建模、曲面造型、渲染和修饰、参数化建模等技术融合在一起形成了 复合建模技术。 （3）基于特征和约束的实体建模技术能够设计和修改非常复杂的实体模型，同 时模型也更加直观，并且能够参数化驱动。 （4）ug 的非均匀有理 b 样条的曲面设计功能非常强大。这就使得工程师们在