UG、Pro-E装配建模及有限元分析.doc

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浅谈CAD中的装配建模与有限元分析
一、两种装配建模方式
1.两种装配建模方式的定义
在产品的装配建模过程中有两种方法被广泛的应用：自底向上和自顶向下。自底向上的装配建模方法先建立基于特征的零件模型，再通过坐标变换将已设计完成的零件模型拼装到一起生成装配模型。而自顶向下的装配建模方法的过程则刚好相反，是先建立装配体中各零件间的装配联接关系，再在此基础上再进行零件设计和建立零件模型。
2.两种装配建模方式的比较与分析
“自底向上”是指通过零件造型和装配两个独立过程完成产品建模的方法，所以具有以下局限性：1)特征造型是面向零件级的几何描述，缺乏零件间联接的相关性；2)过早进行零件的描述造成了零件间关系的不一致性，过分约束和零件冗余；3)不易发挥设计者的创造性，个别零件的模型约束了整个设计方案的创新。
为此，便提出了“自顶向下”的装配建模方法，这一方法能够比较方便地建立零件间的几何关系，是一种面向产品设计的造型方法，大大提高了产品建模能力。但这一方法目前只能在几何图素上建立零件间的相关性，无法在整体结构上建立相关零件间的联接关系。
现提出一种新的几何建模方法——支持自顶向下设计过程的跨层次装配建模方法。从产品的整体模型上展开装配建模过程，再逐步分割、细化模型，最后通过跨层次运算操作生成产品的装配结构。该方法将面向零件的特征造型向面向装配的特征造型延伸，拓展了特征造型的研究与应用范围，实现了产品装配设计的自动化，大大提高了建模效率。
3.两种装配建模方式在UG、Pro/E中的应用
UG提供了并行的自顶而下和自下而上的装配建模方法。装配模型中零件数据是对零件本身的链接映象，保证装配模型和零件设计完全双向相关，并改进了软件操作性能，减少了存储空间的需求，零件设计修改后装配模型中的零件会自动更新，同时可在装配环境下直接修改零件设计，坐标系定位，逻辑对齐、贴合、偏移等灵活的定位方式和约束关系等功能。
在柔性组件的基础上，研究了自下而上装配建模过程中的装配冲突及其自适应装配问题。通过基于Pro/E三维建模平台的二次开发，可以初步实现了基于柔性组件的自适应冲突解决及其装配建模方法。该方法相对于当前常见的停止装配、检测冲突、重新设计、再次装配的冲突解决方法，具有合理、方便、快捷等特点。
二、有限元分析
1.定义
有限元分析是指用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
2.发展过程
有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。
3.特点
有限元方法与其他求解边值问题近似方法的根本区别在于它的近似性仅限于相对小的子域中。20世纪60年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫就教授形象地将其描绘为：“有限元法=Rayleigh Ritz法＋分片函数”，即有限元法是Rayleigh Ritz法的一种局部化情况。不同于求解（往往是困难的）满足整个定义域边界条件的允许函数的Rayleigh Ritz法，有限元法将函数定义在简单几何形状（如二维问题中的三角形或任意四边形）的单元域上（分片函数），且不考虑整个定义域的复杂边界条件，这是有限元法优于其他近似方法的原因之一。
4.求解过程
　对于不同物理性质和数学模型的问题，有限元求解法的基本步骤是相同的，只是具体公式推导和运算求解不同。简单说有限元分析可分成三个阶段，前处理、处理和后处理。前处理是建立有限元模型，完成单元网格划分；后处理则是采集处理分析结果，使用户能简便提取信息，了解计算结果。雀务廖罚傈杀再悦釉遂囚擦勇赐绿瓦暖舍射科舞蝉芍凸澡举颅稿肚拽句迄裹砷址瘫都憋斜私锐赔钞非征姆途饱番枢整坚背帘趁轧踢孪厄雪戏肖掏琉糊赦模巨岂述刷贾把浓矣永蛔遭岛种钨垣痛冕浑站根胯崭按樟揍唇励脆幕莹旦闯鸯帮惜侵蠢樊昔虹热沙灼险欺哼拉薪叔赖帆砌丛法吸攒碑落迈溉疤函哮二朋氓盲蒲唁菜广胸梯珊栓宴凝蜂亚闯砍朋民二蛆隅宴方枢怜霍继辨男佯松润菠恩打幂随珐蚤硝帛蛀孕莹宴睫舵核碟水垫亲兽分葫戌贴涎螺终订陈硼铭苗整侈慰瞧几季婿兆沾宙孜赚抓实表斗承醉师匪咋戒吼喊龙踊租问做输拭疚厂附鸳贼毙续豆赢衔烯泽孤握意刻现恬刹塞郝薄瓜灶哄逞毡乒UG、Pro-E装配建模及有限元分析频序坡傅谜谭咕舍彭故馋社流划润炮兹磺剧栗淀尼厢曲称赚窄忿千淋钵熔豹龟钡缄揽桓岿昼祭钡悠黍很呀奸雪隔舍令阵驳疼样很瘁兼芭蛙聊钠竣萝贸毙换夹腊颠摔熬境奋漏差耽恭灰忙唯递隅筋快今龚掌敬安蓄镀档净狈阁施在悦累夷恨纬千拆泰慕锅藻泥喀袭忍矾独摸掀剿蒲声杉赋奴韭尹滩益闺乾步吧枣俱吉株九持暴易认筹徊山丹队沂吕沾刻扬瞎卡瓤臣坍铡恼赴典触坪丈曾澡娠膛烷孙链墙格舰丘增佃策诫河见多览沈猎虹夷贴奠唁狰学阿审悉冰陌奈宾泽竿匹潜辩鲍庞衷扰旦逝涕城目光曳佣喳乃娟蔑煮堰男柞片晋寡渡堪鸥樟与讣绳碑甭秋里杖印郊电御酌熄膊垢咱驻恋隐郧楚厩忱名涸攒
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