基于HyperWorks的CAE流程自动化系统设计开发

1、基于HyPerWorkS的CAE流程自动化系统设计开发为满足产品零件结构合理、实用等市场要求，在产品设计阶段利用计算机进行CAE分析是十分必要的。目前国外一款高效实用的 CAE软件HyPerWorkS在产品开发、设计、分析中得到日益广泛应用。但在使用 HyPerWOrkS软件进行分析时，操作比较复杂，且不利于企业已有使用经验的传承。因此，在保证CAE分析的正确性和精确性条件下，如何使软件使用便捷、高效成为企业所关注的重要问题。目前国内许多应用 HyPerWOrkS的企业只停留在使用阶段，对HyPerWOrkS CAE 流程自动化系统的开发仍是空白。本文以HyPerWOrkS的PrOCeSS S

2、tUdiO 模块为开发环境，综合运用 Tcl/Tk语言和HyPerWOrkS内置函数，开发出 适用性很强的CAE流程自动化系统。详细阐述自动化系统的开发流程及其关键技术，辅以实例分析论证其实用性和可行性，对国内企业开发工作具有很强指导意义。1 CAE流程自动化系统1.1系统结构HyPerWOrkS CAE 流程自动化系统结构如图1所示。HyPerWOrkS提供一个标准化流程执行工具软件：PrOCeSS Manager。它将工程师的专业知识转化成企业CAE流程并进行固化，最终实现分析流程标准化和自动化，提高企业 CAE分析的质量和效率。利用它建立CAE分析流程标准模板，并以此模板为向导，实现CA

3、E分析过程自动化。PrOCeSS Manager提供与其他应用程序的接口APIS ,利用APIS控制HyPerWOrkS内的所有应用软件，如调用用于后处理的HyPerVieW。此外，还可以利用相应的 APIS启动第三方软件包和服务以及建立与它们之间的联系和通信。PrOCeSS StUdiO是HyPerWOrkS编制模板模块，利用它可将标准的CAE分析过程制成模板。每一个CAE分析过程中的操作任务都是应用Tcl/Tk或PrOCeSS StUdiO内置Ul模块开发而成。如何开发是本文研究重点。pnWej CAEi理化系统I HyPCrWorkS ProccssMiinjigcr 材料"载

4、荷觀据库Altair HyPtrVOrlSrrcICIWS XP Windows 20Oo/'WindoUkrS 2(X)? I HyperWarkS CAE 系统儒拘1.2系统开发流程CAE流程自动化系统开发流程如图 2所示。3 / 9<lijpfMrshTKPrfi SicI 中卉 i*i亍展、左萍滅岬功梃足許甬址审用2流程开发关键技术2.1 HyPerWorkS 内置命令HyPerWorkS为用户提供丰富的功能函数。主要有两种：其一是“ *命令函数，如*shrink(2)；其二则是“ hm"命令函数，它们是 Tcl/TkCommands。如：hm_entityli

5、st entityType IiStTyPe 。在 HyPerWOrkS 4.0 及以后 更高版本中就已嵌入了Tcl/Tk ,使开发定制流程成为可能。命令函数用来实现与HyPerMeSh的DataBaSe通信，例如，从 HyPerMeSh DataBaSe 可获取如下信息：IDS on a mark、list of assemblies、components、 node VaIUeS 等。2.2 Tcl/Tk程序设计技术Tcl即Tool COmmand IangUage的首字母，读作 TiCkIe。与C+和JaVa语言类似，是一种脚本语言。与C+和JaVa相比，Tcl能方便地向应用程序添加其解

6、释器。Tk是Tcl的图形界面工具包，用于定义Tcl命令、创建和操纵用户界面部件。Tk是Tcl最有用的扩展，其所有的功能都可以通过Tcl获得，这给了 Tk很大的弹性，动态可控性，并使得它比其他工具包功能更强大。Tcl/Tk易学、易用、易嵌入，在流程自动化系统开发过程中，用来组织界面背后代码，实现代码间逻辑关系，实现CAE流程自动化目的。给开发工作带来极大方便。利用Tk创建CAE流程自动化系统与用户交互的GUIS。如图3所示，是一个人机交互的Panel，为用户提供参数输入界面。XI¥1 (LODVJfDOo2.3 HyPerWorkS内置GUl命令函数HyPerWorkS内置创建 GUI

7、的命令函数如：hwt ： CreateWindOW win_name?options?。此命令的功能是创建一个窗口。使用这类命令可以方便快速地开发岀适用的人机交互界面。2.4数据库的连接CAE流程自动化系统应有相应数据库作为支撑。 通常需建立材料数据库和载荷数据库。 材料库以材料名称、 弹性模量、密度等字段建立。为方便操作与维护，可选用MS Sql 2000或OraCIe作为数据库环境。本系统以MS sql 2000为环境。数据库名称为 mydb ,用户名为USer。3 CAE流程自动化系统开发的实施明确产品零件类别，保证开发出的CAE流程自动化系统最大范围地适用企业各类产品CAE分析，保证C

8、AE流程自动化系统具有最大柔性，是系统开发首要要求。3.1综合分析产品或零件对产品或零件进行分析有两个要求：首先，为保证对某类产品或零件进行CAE分析（模态分析、谐响应分析等）操作正确性，必须由专业CAE人员进行实际操作。其次，在分析时要认真选择好分析对象。选择分析对象应该遵循原则：被分析对象应具备充分代表性，尽可能多地代表一类产品或零件，即在对这一产品 或零件CAE分析时，应包括在对某类产品或零件CAE分析时所需全部要求。3.2获取命令流综合分析的目的是获取 CAE操作的命令函数。用户与HyPerMeSh开始会话时，HyPerMeSh自动记录所有 会 话"内容，即启动软件、用户建模

9、、单元的建立、创建component以及后处理等所有操作会自动以命令流的方式记录在 COmmand.cmf 文件中。COmmand.cmf 存在HyPerMeSh的工作目录之下，若 COmmand.cmf不存在，HyPerMeSh会在启动时自动创建。在 WindOWS系统上设置起始目录的步骤是： 右击HyPerMeSh的桌面图标； 从弹出的菜单中选择 PrOPertieS （属性）菜单项； 设置ShortCUt (快捷方式)栏中的Start In (起始位置)字段中的路径，如可设置起始路径为：F:myCMF9.0Command.cmf文件中命令流为：命令全部以“ *开头，如*enablemac

10、romenu(1);命令名称部分直到左边括号；命令的参数是在左右括号中间，以列表的形式给出且以逗号分隔。如：*window(0 , 0, 0 , 0, 0)HyPerWOrkS识别命令时，把星号 “ *和左括号"("之间的部分看作是命令名，命令名称之后皆为参数。命 令经过相应修改后使之符合Tcl/Tk语法，即为要获取的命令流。如定义动态载荷名称的命令：*collectorcreate loadcols 11 $reload2 11 HH 5，其中$reload2参数传递用户在页面中输入的载荷名。3.3利用PrOCeSS StUdiO标准化CAE流程PrOCeSS StUdi

11、O是开发CAE流程自动化系统的平台，是PrOCeSS Manager管理下运行，实现 CAE流程自动化。PrOCeSS Manager的模块。CAE流程自动化系统在9 / 93.3.1 CAE流程自动化系统的文件结构CAE流程自动化系统的文件结构如图 4所示。?第 ContfOItI B help r icnICIinCLIdet文件结构图tclincludes文件夹里存放.tcl文件.tcl文件是实现系统功能的核心部分3.3.2 PrOCeSS Tree 的建立PrOCeSS Tree每个节点是一个具体任务，都有相应GUI与用户形成交互。通过 GUI ,用户可以输入参数以供求解计算使用。图5

12、所示即为求解谐响应的PrOCeSS TreeProC<ss TrCC此外，还应设置PrOCeSS Tree的任务属性见图6rbK* rflj ri h i<*B Ji- 1*1r ' l¾ Pf II rFr o>r ty IIri .rIiI WTlTCL FX :TCl阳石ifT性3.3.3 GUl设计与制作ProCeSS Tree每个任务节点都有相应的GUI与之对应。如与InPUt SetUP 节点相对应 GUI页如图7所示。I* Ilif IV X闫9滋DAPEAIDQhneT 亠Tl Nfn*IOn-IQ ti.,ffl7 fc入虫面3.3.4 u

13、tils之间数据传递及 Tcl SCriPt的调用utils即PrOCeSS StUdiO中控件总称。它们之间可以用两种方法实现数据通信： USing Tcl SCriPt to Write Callbacks 。 USing HWPM SCriPt to Write Callbacks。例如，要获得一个名字为"mytext'文本框的值可以用语句：Set StrVaIUe ： hw ： Pmgr ： PmgrGetData011 mytext.value 11 。要调用 Tcl SCriPt ,只须将脚本放在 tclincludes文件夹里面，并在相应的utils的属性中设置

14、所调用的Tcl SCriPt即可。3.4 CAE流程自动他系统扩展与完善对所开发系统应进行测试，以进一步完善其功能。根据某类产品CAE分析的共性，进行功能扩展，提高CAE 流程自动化系统的柔性，以适用于更多产品零件的分析。4 CAE流程自动化系统应用实例对某汽车半轴进行模态频率响应分析。根据实际工况进行约束，施加单位载荷，其频率范围为0200OHZ 用于响应求解的频率为 20Hz开始，步长为20Hz，频率增加次数为100次。用LanCZOS法确定频率范围,设为1200OHZ。选定点的位移一频率图见图13。经与实验数据分析对比，验证了求解正确性。4.1获取命令流用3节所述方法可获取命令流（这里只

15、列出修改过的一小部分）：*tliecrrreaLc- IoadCo-IS rpSreloadJn ""5 : * create mark IOadCQh 2 flSr-eload2" hm_CnCalCmark IOadCQh 2 SrCIOad2； SCt id Ihln_geiniark IaadCDlS 2； ctionaryloa<l IoadCOIS 2 ',hm info<?（POrtIenIPIaIelFFRLOAD2,tf4.2 创建 ProCeSS Tree 及相应 GUl利用PrOCeSS StUdiO创建谐响应分析流程 T

16、ree （见图9）， Tree的每个节点都有相应页面与之对应，如定 义动态载荷节点Defme Dload与之相对应的用户交互界面如图10所示。利用3.3.4节介绍的方法建立数据传递与函数调用关系。4.3系统运行系统在运行过程中，面的重新划分、线的压缩、相邻点的合并等进一步细化清理则一般是利用HyPerMeSh自身的几何清理工具来完成。现将系统运行的主要过程介绍如下：调用CAE系统为方便操作，利用宏命令将调用系统的按钮添加到HyPerMeSh的USer页。如随机、谐响等。如图8所示。点击相应按钮即可调用相应的分析流程。图8用户页（2）谐响应分析系统界面谐响应系统流程如图9所示Q = 斗忆 X * W 1“! k*4n- Ml" -J«4 .l-mfR MriMHdn I I ! Fii«VLMneCJB-Ta-JWi B4vl4'3 Ldl vli44O呂 u THE Hwrf FIMUFl iKMH* P-dfrFfJ2 fMU*R图9谐响应系统流程(3)定义动态载荷定义动态载荷界面如图10所示。图10定义动态载荷界面(4)定义频率范围频率范围输入界面如图11所示。CAICKr R #