淺析CAD/CAE集成技術(shù)

　　隨三維CAD技術(shù)的成熟和搶占PLM主導地位的市場需要，CAD軟件的功能開始向CAE領(lǐng)域拓展延伸，當前主流的CAD系統(tǒng)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(tǒng)CAE的前處理工作“移交”給CAD系統(tǒng)，由其完成幾何建模、載荷、約束、材料、網(wǎng)格劃分等整個FEA的前處理，CAE系統(tǒng)只提供各種分析問題的求解器。由于采用一個數(shù)據(jù)庫來存儲CAD和CAE前處理信息，能

　　夠?qū)崿F(xiàn)CAD模型的變更自動驅(qū)動CAE模型的變化。當前，主流的CAD系統(tǒng)都提供了不同程度的 CAE分析能力，從工程應(yīng)用情況看，主要定位給非強度分析人員如結(jié)構(gòu)總體設(shè)計人員作為設(shè)計的輔助手段來使用。

　　在 CAD系統(tǒng)自身提供的 CAE前處理功能基礎(chǔ)上，可以結(jié)合行業(yè)產(chǎn)品特點，開發(fā)定制化的 CADCAE集成環(huán)境。需要研究的主要內(nèi)容包括：

　　(1) 考慮 CAE分析的 CAD設(shè)計建模規(guī)范。傳統(tǒng)的 CAD設(shè)計建模規(guī)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(如實體梁可能并沒有中面特征)，因此，必須在 CAD建模規(guī)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生成。當前有非常多的 CAE求解器可供用戶選擇，特別是進行多學科分析時，可能一套 CAD模型要面對多個不同的求解器。因此，如何支持更多的求解器以及多求解器輸入文件自動生成技術(shù)是以 CAD為核心的集成方案要解決的關(guān)鍵問題。

　　2.3 以CAE為中心的集成途徑

　　通過與 CAD廠商的聯(lián)盟， CAE系統(tǒng)也在不斷突破傳統(tǒng)前處理的一系列弊端和不足，通過開發(fā) CAD模型的雙向驅(qū)動技術(shù)，實現(xiàn)了將 CAE幾何建模轉(zhuǎn)移到 CAD系統(tǒng)的目標。這種技術(shù)方案被稱為新一代的 CAE前處理。如 Ansys公司的 workbench。AWE 集成的協(xié)同設(shè)計優(yōu)化環(huán)境提供了參數(shù)化建模( ANSYS DesignModeler)與參數(shù)化分析( ANSYSDesign Space)，多目標優(yōu)化分析( DesignXplorer)。其底層數(shù)據(jù)是與 CAD 相同，因此可以直接與 Catia、UnigraphicsNX、Pro/Engineer等 CAD 系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)。

　　其核心思想是通過開發(fā) CAD模型本地驅(qū)動( native access)技術(shù)，實現(xiàn) CAD模型的雙向驅(qū)動， CAE系統(tǒng)的前處理模塊負責對 CAD特征模型的識別和降維簡化處理，如剔除倒角、淺槽等細節(jié)特征;將傳統(tǒng) CAE分析中的材料、載荷、邊界約束、分析類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后的 CAD模型。然后根據(jù)附加的單元類型屬性信息，將三維實體轉(zhuǎn)換為面或殼、將三維桿狀實體轉(zhuǎn)換為一維梁等，為網(wǎng)格離散化提供“干凈”的幾何模型。接下來由 CAE系統(tǒng)的網(wǎng)格劃分器完成網(wǎng)格劃分工作，并自動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發(fā)的基于特征的飛機有限元模型創(chuàng)建過程。

　　

　　基于特征的飛機CADCAE集成設(shè)計分析

　　3 結(jié)論

　　本文針對當前航天產(chǎn)品研發(fā) CAE的應(yīng)用現(xiàn)狀，對實現(xiàn) CADCAE集成的各種技術(shù)途徑進行了簡要描述說明。作者認為，現(xiàn)階段實現(xiàn) CADCAE集成需要根據(jù)具體的型號應(yīng)用目的，選擇合適的集成方案，根據(jù)目前 CAD、CAE的發(fā)展趨勢， CAD系統(tǒng)向 CAE領(lǐng)域的擴展將進一步加強，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(shù)據(jù)的無縫兼容的技術(shù)瓶頸有望得到有效解決， CADCAE模型的統(tǒng)一集成將給航天產(chǎn)品研發(fā)模式帶來革新，“仿真驅(qū)動設(shè)計”的產(chǎn)品設(shè)計理念將越來約多的得到工程應(yīng)用。