CADCAE在航天领域中的应用概述

CADCAE在航天领域中的应用概述胡成台计算机关心造型以及有限元法是随着计算机技术的应用而进展起来的一种先进的CAD/CAE技术,广泛应用于各个领域中的科学计算、设计、分析中的设计和分析问题，已成为工程设计和分析中的重要工具。

，成功的解决了很多简洁此次设计中包含了某航天器零件的造型及薄板零件的压力成型分析，具有工程上的实际意义。在三维设计中，设计了一个尾喷管，一个舵，还有一个机翼，其中尾喷管由四局部组成，包括内部的支撑局部，和外部的蒙皮局部。舵和机翼都是由两个以上的蒙皮外表构成。在有限元分析_中，包括金属薄板的弹塑性分析一、引言为了满足航天产品多品种，小批量研制生产的需要，承受计算机关心设计制造，实现并行工程，灵敏制造，柔性生产，成为加快我国航天制造技术的进展的有效方法。传统的航天零件产品设计、模具设计及加工都是依据二维工程图样来完成的，加工出的产品数据精度不高，往往要不断的修改产品设计，不断的修改模具，所以，它的研发周长、本钱高；承受最的CAD/CAE/CAM――Pro/Engineer软件来实现三维设计，可以大大缩短产品研发周期、模具设计周期和加工周期，提高了产品设计的准确性，大大降低产品开发、模具设计本钱。由于其功能强大，模块众多，使用者要具备较高Pro/E供给的实体建模模块进展3D造型设计并非易事，需要设计人员花大量的时问和精力来生疏建模技术和把握确定的技巧。

Pro/E的在竞争猛烈的市场环境中，为取得竞争优势，企业迫切需要能够快速开发出高质量、 低本钱的产品,并快速抢占市场。因此企业界迫切需要高技术、高速度、低本钱的设计方法。随着计算机技术的快速进展和普及，，成为一种丰富多彩、应用广泛并且有用高效的数值分析方法计和研制中所显示出的无可伦比的优越性具。

，有限元在产品设，使其成为企业在市场竞争中制胜的一个重要工国内本领域的现状目前在我国计算机关心设计〔CAD〕，计算机关心工程〔CAE〕已经得到了广泛的应用，在大多数的大型制造企业已经相当的成熟。 假设让我们调查一下国内企业中CAD的应用，会得出如下结论，很多所谓CAD应用很好的企业，也只是做到用手工出图转变为计算机出图的现状，固然计算机出图是有很多优点的，秀丽、标准、修改简洁、存档便利等。但是如果我们只是停留在这个阶段，就失去了 CAD的作用，由于CAD是关心设计，不是关心绘图。既然是设计就不但想到产品的机械模型，还应想到产品的构造分析、运动机构分析和生产加工处理等，只有这样才能真正发挥CAD法是通过二维视图来描述三维实体，但这种描述做不到进一步的构造分析、运动机构分析和数控加工，不能真正做到生产的维视图的描述常常消灭二意性和理解错误，

由于人们只是按着一些规定在想象三维的模样，限于这种描述方法的缺陷，必需找到更先进的、更合理的三维设计手段，使 CAD、CAM、CAEPDM容为一体。固然这个目标要有一个过程，但现在我们必需明确。主要内容此次设计中包含了某航天器零件的造型及薄板零件的压力成型分析，具有工程上的实际意义。介绍了建模的几种方法和理论，以及有限元分析的根本理论。在三维设计中，设计了一个尾喷管，一个舵，还有一个机翼，其中尾喷管由四局部组成，包括内部的支撑局部，和外部的蒙皮局部。舵和机翼都是由两个以上的蒙皮外表构成。在有限元分析中，包括金属薄板的弹塑性分析，以及舵面的弹塑性分析，其中还对薄板进展了超塑性分析。二、某航天器零件的CAD造型与有限元分析Pro/E软件简介Pro/E软件抛弃传统CAD软件中的线框和外表模型而直接鉴于3D实体。使设计环境完全从2D2D与3D混合状态上升为纯3D3D的设计环境中，设计者能更好的捕获自己的设计意图和激发设计灵感。Pro/E的3D实体鉴于特征造型技术。在 Pro/E中，所面对的对象包括几何特征、非几何特征、零件模型、装配模型、模具模型、加工模型等等，设计人员通过对这些对象所具有的内在属性、存在方式和存在状态的准确把握来得到抱负中的模型。Pro/E中全部的对象都是建立在单一数据库中。并且此数据库是唯一的、完整的，因而保证了在Pro/E中进展的任何设计也都是全相关的。在整个设计过程中的任何一处发生参数改动，可以反响到整个设计过程中的相关环节上。设计师可以依靠此功能完全抛弃传统的工作方法，实现零件设计、模具设计、装配设计、加工设计等过程同时进展。Pro/E的3D产品模型的每一个设计尺寸都对应一个参数，设计人员可以通过命令或者关系式的形式来建立各参数之间的关系，以得到所要求设计的模型。某航天器零件的CAD造型在实体造型的过程中，要依据二维图纸上的尺寸来进展设计，有一些简洁曲线在pro/E中要灵敏对待，或许不同的人对设计同一个零件要花费的时间会相差很大，这就是在绘制图形的时候所用到的方法不同而导致的。比方一个不同截面的实体用可变截面扫描的方法会最省时间，再比方一个简洁的立方体可以用扫描的方法，也可以用拉伸的方法，一块薄板四周有一些不同角度的翘板，考虑是在标准模式下造型还是在板金模式下造型。Marc软件简介此次争论就是依据某航天器几个零件的二维图纸在 Pro／E软件环境中进展三维造型设计，造型完毕后利用MSC/MarcMsc.Marc/Mentat是国际上通用最先进非线性有限元软件，它是MSC.Softwarecoorperation〔简称MSC〕公司的产品。MSC.Mentat是一代非线性有限元分析的前后处理图形交互界面。前者严密整合MSC.Marc和MSC.Mentat成为解决简洁工程问题，完成学术争论的高级通用有限元软件。MSC.MentatMSC.Mentat是一代非线形有限元分析的前后处理交互界面，与连接。它具MSC.Marc求解器无缝ACIS为内核的一流实体造型功能；全自动二维三角形和四边形，三维四面体和六面体网格自动划分建模力气；直观灵敏的多种材料模型定义和边界条件的定义功能；分析过程把握定义和递交分析， 自动检查分析模型完整性的功能； 实时监控分析力气;便利的可视化处理计算结果力气；先进的光照，渲染，动画和电影制作等图形功能并可直接访问常用的CAD/CAE系统，如：ACIS,AutoCAD,C-MOLD,IGES,MSC.Nastran,MSC.PatranIDEAS，VDAFS,STL等等。232MSC.MarcMSC.Marc是功能齐全的高级非线性有限元软件的求解器， 它表达了30多年来有限元分析的理论方法和软件的完善结合。他具有极强的构造分析没力气。可以处理各种线性和非线性构造分析。它提供了丰富的机构单元，连接单元和特别单元的单元库。构分析材料库供给了模拟金属，非金属，聚合物，岩土，题的求解技术。为了进一步提高计算精度和分析效率，大的加载步长自适应把握技术，自动确定分析加载步长。

MSC,Marc的机-复合材料等多种线性和非线性问MSC.Marc软件供给了多种功能强MSC.Marc卓越的网格自适应技术，以多种误差准则自动调整网格疏密，即保证了计算精度，同时也使非线性分析的计算效率大大提高。此外， MSC.Marc支持全自动网格重划，用以订正过度变形产生的网格畸变，确保大变形分析的连续进展。计算机关心造型以及有限元法是随着计算机技术的应用而进展起来的一种先进的CAD/CAE技术,广泛应用于各个领域中的科学计算、设计、分析中的设计和分析问题，已成为工程设计和分析中的重要工具。

，成功的解决了很多简洁此次设计中包含了某航天器零件的造型及薄板零件的压力成型分析，具有工程上的实际意义。在三维设计中，设计了一个尾喷管，一个舵，还有一个机翼，其中尾喷管由四局部组成，包括内部的支撑局部，和外部在有限元分析中，包括金属薄板的弹塑性分析，以及舵面的弹塑性分析，其中还对薄板进行了超塑性分析。有限元分析在工程上的应用目前,有限元法在机械工程上的应用主要有以下几个方面 ：静力学分析：这是对二维或三维的机械构造承载后的应力、械工程应变和变形分析，是有限元法在机中最根本、最常用的分析类型。当作用在构造上的载荷不随时间变化,应进展静力学分析。:,用于争论构造的固有频率和自振型式等振动特性。种分析时所施加的载荷只能是位移载荷和预应力载荷。

进展这:,响应。:,,构造内部的温度应力。:,2械构造中构造与构造间力的传递均是通过接触来实现的

构中的应用很多都是接触分析。但是

,,接触分析应用的较少。:,,例如压杆稳定性问题。,,,并快速抢占市场。因此企业界迫切需要高技术、高速度、低本钱的设计方法。随着计算机技术的快速进展和普及,,,,使其成为企业在市场竞争中制胜的一个重要工具。有限元法分析的根本步骤物体离散化。将分析的对象离散为有限个单元,单元划分越细则描述变样子况越准确

,单元的数量依据需要和计算精度而定。一般,,但计算量越大。单元特性分析。首先进展位移模式选择。有限元法通常承受位移法 此应先选择合理的位移模式〔位移函数〕。然后分析单元的力学性质。依据单元的材料性质、外形、尺寸、节点数目、位置,,,算等效节点力。将单元边界上的外表力、体积力或集中力等效地转移到节点上,也就是用等效的节点力来代替全部作用在单元上的力。单元组集。利用构造力的平衡条件和边界条件把各个单元按原来的构造重联结起来整体刚度矩阵。

,形成求解未知节点位移。解有限元方程求出节点位移 ,然后依据节点位移求出全部的未知量。归,,,本次争论主要进展弹塑性分析。弹塑性是最常见，被争论得最透彻的材料非线性行为。采用屈服面，塑性势20描述超出线弹性范围的材料的塑性理论由三个重要概念组成：屈服准则〔VonMisesMohr-CoulombDruckerprager准则〕流淌准则硬化准则三、总结和展望总结通过运用计算机关心造型及关心工程的初步实践，以及与传统的设计制造过程的比照，切实体会到了数字化设计，制造的优越性，将CAD与CAE有机的结合，将大大缩短产品的研制周期，降低本钱，有效地提高产品的市场竞争力。计算机关心造型以及有限元法是随着计算机技术的应用而进展起来的一种先进的CAD/CAE技术,广泛应用于各个领域中的科学计算、设计、分析中,成功的解决了很多简洁的设计和分析问题 ,已成为工程设计和分析中的重要工具。此次设计中包含了某航天器零件的造型及薄板零件的压力成型分析，具有工程上的实际意义。了解了建模的几种方法和理论，以及有限元分析的根本理论，以便更好地理解造型及有限元方法在工程中的应用。通过这些方法的学习和使用，为以后更好地应用和实践计算机关心工程打下坚实的根底。能够更加有效地更加快捷地对产品进展设计制造，降低产品研制本钱，提高产品的市场竞争力，全面实现产品的数字化设计制造工程。展望产品的开发应用离不开工程设计人员、工程治理人员、计算机专业人员的大力协作,只有把设计工作的实际阅历和计算机技术结合起来划地培育既懂专业又懂计算机的复合型人才

,,应有计,充实到设计队伍和治理队伍中去。CAD技术的进展趋势主要表达在以下几方面：标准化CAD软件一般应集成在一个异构的工作平台之上，只有依靠标准化技术才能解决 CAD系统支持异构跨平台的环境问题。目前，除了CAD支撑软件逐步实现ISO标准和工业标准外，面对应用的CAD系统中的必备内容，且向合理化工程设计的应用方向进展。开放性CAD系统目前广泛建立在开放式操作系统视窗95/98/2023/NT和UNIX平台上，为最终用户供给二次开发环境，甚至这类环境可开发其内核源码，使用户可定制自己的 CAD系统。集成化CAD技术的集成化将表达在三个层次上：其一是广义CAD功能，CAD/CAE/CAPP/CAM/CAQ/PDM/ERP经过多种集成形式，成为企业一体化解决方案。产品设计力气CAD技术承受的算法，甚至功能模块或系统，做成专用芯片，以提高CAD系统的使用效率；其三是CAD基于计算机网络环境实现异地、异构系统在企业间的集成。应运而生的虚拟设计、虚拟制造、虚拟企业就是该集成层次上的应用。例总体设计和生产少数零部件，并最终完成产品的装配。智能化设计是一个含有高度智能的人类制造性活动领域，智能 CAD是CAD进展的必定方向。从人类生疏和思维的模型来看，现有的人工智能技术模拟人类的思维活动明显缺乏。因此，CAD不仅是简洁地将现有的智能技术与设计的思维模型，最终用信息技术来表达和模拟它，

CAD技术相结合，更重要的是深入争论人类才会产生高效的CAD系统，为人工智能领域供给的理论和方法。CAD的这个进展趋势，将对信息科学的进展产生深刻的影响。虚拟现实〔VR〕CAD集成VRCAD中的应用面很广，首先可以进展各类具有沉醉感的可视化模拟，用以验证设计的正确性和可行性。例如用这种模拟技术进展设计分析，可以清楚地看到物体的变形过程和应力分布状况。其次它还可以在设计阶段模拟产品装配过程，检查所用零部件是否适宜和正确。在概念设计阶段，它可用于方案优化。特别是利用念设计中的人机工程学，检验操作时是否舒适、便利，这对

VR的交互力气，支援概摩托车、汽车、飞机等的设计作用尤其显著，在协同设计中，利用

VR技术，设计群体可直接对所设计的产品进展交互。更加逼真地感知到正在和自己交互的全体成员的存在和相互间的活动。尽管CAD中的应用前景迷人，不过离广泛推广应用还有确定距离。CAE技术的进展趋势将表达在以下几方面：真三维图形处理与虚拟现实

VR技术在随着专用於图形和多媒体信息处理的高性能DSP芯片的进展，PC机的图形处理力气近两年会有成百倍的提高，再加上三维图形算法、图形运算和参数化建模算法的进展，快速真三维的虚拟现实技术将会成熟。因此CAE软件的前后处理系统将会在简洁的三维实体建模及相关的静态和动态图形处理技术方面有的进展，例如简洁的三维实体建模及相应的自适应有限元剖分，简洁的动态物理场的虚拟现实与即时提示等。面对对象的工程数据库及其治理系统高性能价格比的大容量存贮器及其高速存取技术在快速进展, PC机的硬盘容量很快将由GB量级到达TB量级，用户将要求把更多的计算模型