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纺织机械辊筒结构零件CAD/CAE系统研究

作　者: 杨继超
导　师: 王立新
学　校: 郑州大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: CAD/CAE集成辊筒类零件有限元降维
分类号: TP391.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

针对纺织机械辊筒类零件设计和制造的现状,运用CAD/CAE集成技术,对现有的设计方法进行探索和研究。本文根据纺织机械中不同型号辊筒类零件的结构差异,实现了纺织机械辊筒类零件的CAD和CAE对接,提高了辊筒类零件设计和分析效率,从而达到缩短研制周期的目的。CAD技术的发展经历了从理论研究到现在广泛工程化应用阶段。现在CAD技术向着开发性、标准化、集成化和智能化发展,这为CAD技术应用提供了更加广阔舞台。有限元技术是目前求解连续体问题最为流行的一种数值方法,随着计算机技术的发展和有限元法理论的逐渐成熟,推动有限元分析软件商业化。但是,长久以来CAD和CAE是独立发展的,没有很好的融合。为了克服模型信息孤岛,对CAD和CAE进行集成,是非常必要的,也是未来发展的必然趋势。研究的重点是纺织机械中辊筒类结构零件的CAD/CAE集成。辊筒类零件是纺织机械中应用比较广泛的非标准件之一。根据功能、用途和承受载荷的不同,在结构设计上,会各有差异,但是辊筒零件的基本结构是相同的。根据纺机企业多年的设计制造经验,将常用的20多种辊筒类零件缩减归并为外圆焊接式、端面焊接式、单幅板焊接式、双幅板焊接式、螺纹连接式、固定芯轴式这6大类,在企业内部实现系列化和标准化,减少在制造过程中的工装,大大减少了加工生产成本。在辊筒类零件CAD/CAE集成中,需要解决的核心问题是CAD软件中模型过渡到CAE软件中。工程上最直接的做法是通过step，iges和sat等中间格式进行转换,这种粗放的做法忽略了CAD软件和CAE软件对几何模型要求的差异性。CAD模型是体现对细节的表达,详细清楚表达每一个细小的倒角,微小孔、洞。CAE模型体现的物体热学、力学、电磁学等本质特征(这里只探讨力学特征)。为了将CAD模型非常细致过渡到CAE模型,一种比较好的解决方案是引入骨架降维(skeletal dimensional reduction)的方法,将CAD模型去细节化,进行骨架简化。CAD/CAE集成平台,是在Visual Studio 2005平台上,使用VB.NET进行开发。根据缩减归并的6大类辊筒零件,构建参数化辊筒零件库。集成平台获取三维模型的特征和参数,并且可以根据用户的需要,对模型进行驱动。根据辊筒类零件的主参数和特点,对模型进行骨架简化,并生成骨架简化后的CAE有限元模型。CAD/CAE集成平台,为辊筒类零件结构的设计,提供了专业的工具和手段,快速对辊筒类结构零件进行有限元分析。该平台对纺织机械辊筒类零件典型结构进行测试,建立了正确合理的有限元模型,使用简单方便,大大提高了设计人员的工作效率。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-13
1 绪论  13-18
  1.1 引言  13
  1.2 课题来源及研究意义  13-14
    1.2.1 课题来源  13
    1.2.2 课题研究意义  13-14
  1.3 CAD/CAE集成技术研究进展  14-15
    1.3.1 国外发展和应用  14-15
    1.3.2 国内发展和应用  15
  1.4 纺织机械辊筒类零件发展现状  15-16
  1.5 纺织机械辊筒类零件CAD/CAE集成技术路线  16-17
  1.6 论文的内容安排  17-18
2 CAD/CAE集成技术基础  18-30
  2.1 CAD技术  18-22
    2.1.1 CAD技术概述  18-19
    2.1.2 CAD技术应用  19-20
    2.1.3 3D几何造型系统  20-22
  2.2 CAE技术  22-25
    2.2.1 CAE技术概述  22-23
    2.2.2 有限元基本原理和方法  23-24
    2.2.3 有限元建模技术  24-25
  2.3 CAD/CAE系统集成技术  25-29
    2.3.1 CAD/CAE系统集成概述  25
    2.3.2 CAD/CAE系统数据交换方式  25-27
    2.3.3 CAE/CAE集成方式  27-29
  2.4 本章小结  29-30
3 纺织机械辊筒类零件结构分类  30-38
  3.1 纺织机械辊筒类零件概述  30-31
  3.2 辊筒类零件的设计准则与要求  31-32
  3.3 辊筒类零件典型结构  32-36
    3.3.1 外圆焊接式  32-33
    3.3.2 端面焊接式  33-34
    3.3.3 单幅板焊接式  34
    3.3.4 双幅板焊接式  34-35
    3.3.5 螺纹连接式  35-36
    3.3.6 固定芯轴式  36
  3.4 本章小结  36-38
4 辊筒类零件模型骨架特征简化技术  38-47
  4.1 CAD/CAE集成系统中模型简化技术概述  38-41
    4.1.1 三维模型表达  38-39
    4.1.2 模型简化必要性  39-41
  4.2 基于骨架特征的简化机理  41-45
    4.2.1 骨架简化方法简介  41-42
    4.2.2 骨架模型拓扑特性  42-43
    4.2.3 骨架模型微分特性  43-44
    4.2.4 骨架模型积分特性  44-45
  4.3 辊筒类零件的骨架特征表达  45-46
  4.4 本章小结  46-47
5 纺织机械辊筒类零件CAD/CAE集成平台构建  47-66
  5.1 Pro/E开发  47-53
    5.1.1 Pro/E开发方式介绍  47-49
    5.1.2 VB API接口  49-50
    5.1.3 环境设置和平台服务注册  50-52
    5.1.4 对象的类型  52-53
  5.2 ANSYS开发  53-56
    5.2.1 APDL介绍  53
    5.2.2 参数化的定义  53-54
    5.2.3 APDL流程控制  54
    5.2.4 宏文件  54-56
  5.3 纺织机械辊筒类零件CAD/CAE系统开发  56-65
    5.3.1 工作流程  56-57
    5.3.2 装配体辊筒类零件遍历  57-59
    5.3.3 辊筒类零件参数查询与驱动  59-60
    5.3.4 基于骨架模型的辊筒类零件CAD/CAE集成技术实现  60-65
  5.4 本章小结  65-66
6 总结和展望  66-68
  6.1 工作总结  66-67
  6.2 工作展望  67-68
参考文献  68-71
攻读硕士学位期间发表的论文  71-72
致谢  72

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