淺析CAD/CAE集成技術(shù)

　　隨三維CAD技術(shù)的成熟和搶占PLM主導地位的市場(chǎng)需要，CAD軟件的功能開(kāi)始向CAE領(lǐng)域拓展延伸，當前主流的CAD系統都或多或少的擁有了CAE分析的能力。這為CADCAE的集成提供了一種技術(shù)方向，即將傳統CAE的前處理工作“移交”給CAD系統，由其完成幾何建模、載荷、約束、材料、網(wǎng)格劃分等整個(gè)FEA的前處理，CAE系統只提供各種分析問(wèn)題的求解器。由于采用一個(gè)數據庫來(lái)存儲CAD和CAE前處理信息，能

　　夠實(shí)現CAD模型的變更自動(dòng)驅動(dòng)CAE模型的變化。當前，主流的CAD系統都提供了不同程度的 CAE分析能力，從工程應用情況看，主要定位給非強度分析人員如結構總體設計人員作為設計的輔助手段來(lái)使用。

　　在 CAD系統自身提供的 CAE前處理功能基礎上，可以結合行業(yè)產(chǎn)品特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)定制化的 CADCAE集成環(huán)境。需要研究的主要內容包括：

　　(1) 考慮 CAE分析的 CAD設計建模規范。傳統的 CAD設計建模規范是面向裝配和制造的， CAD模型并不包含 CAE網(wǎng)格劃分所需的所有幾何信息(如實(shí)體梁可能并沒(méi)有中面特征)，因此，必須在 CAD建模規范中充分考慮 CAE所需的幾何信息。

　　(2)求解器計算輸入文件自動(dòng)生成。當前有非常多的 CAE求解器可供用戶(hù)選擇，特別是進(jìn)行多學(xué)科分析時(shí)，可能一套 CAD模型要面對多個(gè)不同的求解器。因此，如何支持更多的求解器以及多求解器輸入文件自動(dòng)生成技術(shù)是以 CAD為核心的集成方案要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

　　2.3 以CAE為中心的集成途徑

　　通過(guò)與 CAD廠(chǎng)商的聯(lián)盟， CAE系統也在不斷突破傳統前處理的一系列弊端和不足，通過(guò)開(kāi)發(fā) CAD模型的雙向驅動(dòng)技術(shù)，實(shí)現了將 CAE幾何建模轉移到 CAD系統的目標。這種技術(shù)方案被稱(chēng)為新一代的 CAE前處理。如 Ansys公司的 workbench。AWE 集成的協(xié)同設計優(yōu)化環(huán)境提供了參數化建模( ANSYS DesignModeler)與參數化分析( ANSYSDesign Space)，多目標優(yōu)化分析( DesignXplorer)。其底層數據是與 CAD 相同，因此可以直接與 Catia、UnigraphicsNX、Pro/Engineer等 CAD 系統共享數據。

　　其核心思想是通過(guò)開(kāi)發(fā) CAD模型本地驅動(dòng)( native access)技術(shù)，實(shí)現 CAD模型的雙向驅動(dòng)， CAE系統的前處理模塊負責對 CAD特征模型的識別和降維簡(jiǎn)化處理，如剔除倒角、淺槽等細節特征;將傳統 CAE分析中的材料、載荷、邊界約束、分析類(lèi)型等與有限元分析密切相關(guān)的屬性信息作為非幾何特征附加給識別出來(lái)后的 CAD模型。然后根據附加的單元類(lèi)型屬性信息，將三維實(shí)體轉換為面或殼、將三維桿狀實(shí)體轉換為一維梁等，為網(wǎng)格離散化提供“干凈”的幾何模型。接下來(lái)由 CAE系統的網(wǎng)格劃分器完成網(wǎng)格劃分工作，并自動(dòng)生成求解器的計算輸入文件，完成模型處理工作。

以CAE為中心的集成方式

　　下圖為安世亞太公司開(kāi)發(fā)的基于特征的飛機有限元模型創(chuàng )建過(guò)程。

　　

　　基于特征的飛機CADCAE集成設計分析

　　3 結論

　　本文針對當前航天產(chǎn)品研發(fā) CAE的應用現狀，對實(shí)現 CADCAE集成的各種技術(shù)途徑進(jìn)行了簡(jiǎn)要描述說(shuō)明。作者認為，現階段實(shí)現 CADCAE集成需要根據具體的型號應用目的，選擇合適的集成方案，根據目前 CAD、CAE的發(fā)展趨勢， CAD系統向 CAE領(lǐng)域的擴展將進(jìn)一步加強，而 CAE的前處理能力將隨技術(shù)的深入發(fā)展得到更大的提升，特別是與 CAD數據的無(wú)縫兼容的技術(shù)瓶頸有望得到有效解決， CADCAE模型的統一集成將給航天產(chǎn)品研發(fā)模式帶來(lái)革新，“仿真驅動(dòng)設計”的產(chǎn)品設計理念將越來(lái)約多的得到工程應用。