本文基于参数化几许造型平台ＭＤＴ,回收面向工具二次开拓情形ＯｂｊｅｃｔＡＲＸ[10]和ＭＣＡＤＡＰＩ,将ＣＡＤ参数化计划技能、有限元建模技能与有限元说明优化体系集成,起源实现了ＣＡＤ/ＣＡＥ一体化的三维参数化有限元说明与优化体系。

　　本文提出的参数化动态有限元建模要领,就是基于ＣＡＤ参数化技能,将有限元模子,包罗有限元网格以及荷载和界线前提等有限元属性数据,成立在参数化的描写和自动更新之上,办理三维实体有限元建模中几许模子描写、参数联动和模子自动更新等一系列题目,从而为先辈的参数化有限元说明与优化计划成立要害技能基本。本文要领在有限元说明和布局优化软件ＪＩＦＥＸ中实现,成立了一个应用原型体系。

　　步调4　用步调3成立的穿梭器遍历体工具中包括的全部基层界线暗示工具(面工具),用穿梭器的ｇｅｔ要领获取穿梭器当前指向的面工具,用ｎｅｘｔ要领使穿梭器指针后移至体工具中包括的下一个面工具;

　　在参数化的几许造型体系中,计划参数的浸染范畴是几许模子。但几许模子不能直接用于举办说明计较,必要将其转化为有限元模子,才气为说明优化措施所用。因此,假如但愿以几许模子中的计划参数作为外形优化的计划变量,就必需将计划参数的浸染范畴延拓至有限元模子,使有限元模子可以或许按照计划变量的变革,实现有限元模子的参数化。

　　值得指出的是,上述处理赏罚要领在应用到外形优化上时也许会失效。这是因为计划变量的大范畴变革,也许导致优化工具几许模子的拓扑布局的改变,如原曲线、曲面的消散和新曲线、曲面的引入发生。在这种环境下,成立在原几许模子上的有限元网格节制及属性数据,就也许无法正确导算。这里,假设在优化进程中计划变量的扰动不会引起几许模子拓扑布局的改变,该前提可以通过对计划变量取值范畴的限制(吻合的上下限值)而到达。

　　颠末上述步调,就可以获得三维实体模子外外貌的所有信息。

　　1　参数化有限元建模要领

　　用ＡｃＢｒ类库提取实体外貌信息措施的步调是:

　　2 3　基于ＣＡＤ的面向工具的有限元模子描写要领

　　计较机帮助工程(ＣＡＥ)说明是以有限元法为基本,并起首从计较布局力学和计较固体力学规模成长起来的一种异常有用的计较机数值仿真与优化计划技能。它对付进步产物计划程度和质量、低落出产本钱和原料耗损、进步产物机能和寿命、收缩计划周期等都具有重要的指导意义和现实应用代价[1～3]。有限元建模是有限元说明所必需的数据前置处理赏罚进程,也是有限元要领在现实应用中的首要坚苦。履历表白,有限元建模在整个有限元说明事变量中占70%～80%阁下,因此,怎样快速、精确、高质量地举办自动化的有限元建模,一向是计较固体力学的重要研究偏向。今朝,有限元模子描写要领一样平常为静态的或准动态的,不能很好地顺应当代产物计划的动态特征,如修改与重说明的要求,严峻地减弱了计划的自动化水和善计划服从的进步。出格是在布局外形优化计划规模,已有的各类建模要领,对付三维实体布局都异常坚苦,以至于无法现实应用[4,5]。

　　步调2　以读的方法打开ＡｕｔｏＣＡＤ实体,操作ＡｃＢｒＢｒｅｐ类的ｓｅｔ要领,将ＡｃＢｒＢｒｅｐ工具指针指向该实体,得到实体界线,暗示顶层工具-体工具;

　　在完成基于几许模子的有限元网格节制与属性数据界说和基于几许模子的全自动网格剖分后,还必要将在几许模子上界说的荷载、界线前提等属性数据,自动地导算到响应的有限元单位或节点上。因为1.2节中已经成立了有限元单位、节点与几许模子的相关,因此,可以利便地将这些属性数据由几许工具导算到响应的有限元单位或节点上。

　　参数化有限元建模概略可以分为参数化几许建模、计划变量界说和基于几许造型的有限元建模三个方面。参数化几许建模可借助于参数化几许造型软件体系来完成,在建模进程中应选择那些要害的计划参数作为尺寸变量,以驱动几许模子的外形。在参数化几许建模后,即可对外形优化计划变量举办界说。可直接选用几许模子的所有或部门尺寸变量作为计划变量,也可以用尺寸变量的函数作为计划变量。计划变量的初始值、上下限亦需确定。在基于几许造型的有限元建模方面,首要需办理以下三个题目:①有限元网格节制数据及属性数据界说;②全自动网格天生;③属性数据分配导算。

　　1 3　属性数据分配导算

　　几许模子的外貌信息是举办有限元网格节制数据与属性数据界说、曲面网格剖分与界线网格拟合处理赏罚的基本。ＡｕｔｏＣＡＤ提供的开拓器材ＯｂｊｅｃｔＡＲＸ在成果上相等完备,可操作它的ＡｃＢｒ类库[10]来提取三维实体的外貌信息,包罗几许信息和拓扑信息两个方面。

　　ＡｕｔｏＣＡＤ的ＡｃＤｂＥｎｔｉｔｙ类是全部具有图形示意的数据库工具的基类。为了在ＡｕｔｏＣＡＤ平台描写节点、单位、载荷等实体,必要建设一个派生自ＡｃＤ ｂＥｎｔｉｔｙ的自界说类。用ＯｂｊｅｃｔＡＲＸ建设一个自界说的实体,首要包罗以下步调:①从ＡｃＤｂＥｎｔｉｔｙ派生一个类;②重载所必须的ＡｃＤｂＯｂｊｅｃｔ(ＯｂｊｅｃｔＡＲＸ的另一个基类)函数;③重载所必须的ＡｃＤｂＥｎｔｉｔｙ函数;④重载其他必要用来支持自界说成果的函数。

　　0　弁言

　　2 2　物理空间与参数空间之间的转换

　　2 1　三维实体的界线暗示

　　对付各个自界说实体必要重载ｗｏｒｌｄＤｒａｗ、ｖｉｅｗ ｐｏｒｔＤｒａｗ、ｔｒａｎｓｆｏｒｍＢｙ等ＡｃＤｂＥｎｔｉｔｙ基类函数,可以在ＡｕｔｏＣＡＤ前台正确表现模子中的各自界说实体,包罗自界说实体的消隐、旋转及移动等操纵,还必要对自界说实体重载ｄｗｇＩｎＦｉｅｌｄｓ、ｄｗｇＯｕｔＦｉｅｌｄｓ、ｄｘｆＩｎ Ｆｉｅｌｄｓ、ｄｘｆＯｕｔＦｉｅｌｄｓ函数,这样,就可以存储和读取自界说实体的ｄｗｇ和ｄｘｆ名目标文件。对自界说实体的ｇｅｔＧｒｉｐＰｏｉｎｔｓ和ｍｏｖｅＧｒｉｐＰｏｉｎｔｓＡｔ的重载,可实现对自界说实体简朴地移动和编辑操纵。

　　ＣＡＤ作为当代计划制造技能的焦点技能,在近十年里取得了很多打破性盼望,参数化计划成为ＣＡＤ软件的一大成长偏向。譬喻,Ｐｒｏ/Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ,ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ,ＡｕｔｏＣＡＤ/ＭＤＴ,ＵＧ,ＣＡＴＩＡ等,均是基于参数化计划技能的三维造型软件。参数化计划改变了传统ＣＡＤ体系的计划模式,提出了特性造型和尺寸驱动的计划观念,极大处所便了模子的计划和修改,明显进步了产物计划的服从和质量[6,7]。所谓尺寸驱动,就是通过改变模子的几许尺寸参数值,来改变模子的几许外形。这些几许尺寸将以计划参数的情势生涯在造型体系中,并保留于模子计划的全进程。造型体系中的计划参数不只为计划工具的几许特性提供了准确的数值描写,更重要的是,它为计划师提供了一种模子节制的本领,在这一点上,它与外形优化中的计划变量是同等的[8,9]。由此,参数化计划技能为参数化有限元建模及三维参数化优化技能提供了也许性。

　　图1暗示了构成有限元要领的各个措施模块。个中,ＣＦｅａＭｏｄｅｌ暗示整个前处理赏罚完毕后,有限元模子在ＣＡＤ前台表现、交互以及导入计较模块所必要所稀有据的公用接口,它包罗节点类(ＣＦｅａＮｏｄｅ)、荷载类(ＣＦｅａＬｏａｄ)、原料类(ＣＦｅａＭａｔｅｒｉａｌ)、界线前提类(ＣＦｅａＣｏｎｓｔｒａｉｎ)、单位类(ＣＦｅａＥｌｅｍｅｎｔ)、几许类(ＣＦｅａＧｅｏｍｅｔｒｙ)等。通过全局民众接口ＣＦｅａＭｏｄｅｌ类,可以取得包罗说明和交互所必要的整个有限元模子的所稀有据,好比,模子中单位数据、节点数据、荷载数据、界线前提数据和几许数据等。这些都是通过该类中提供的成员函数(亦称为要领)实现的。通过这些成员函数,还可以完成多种名目标有限元模子数据的存储和读取操纵。个中,ＣＦｅａＮｏｄｅ类的成员首要包罗节点的索引号、节点的坐标和对节点举办其他各类操纵的要领。ＣＦｅａＥｌｅｍｅｎｔ类维护了对全部范例单位的一个民众接口,个中的成员函数首要是对各类范例的单位配合特征的一种抽象,通过这些要领可以配置和获取单位的索引号、组成单位的节点序列、单位范例索引号、单位原料索引号和单位几许常数等。ＣＦｅａＥｌｅｍｅｎｔ类是个虚基类,由它可以派生其他单位类,好比三角形单位、四边形单位、四周体单位和六面体单位等。和ＣＦｅａＥｌｅｍｅｎｔ相同,ＣＦｅａＬｏａｄ类、ＣＦｅａＣｏｎｓｔｒａｉｎ类以及ＣＦｅａＧｅｏｍｅｔｒｙ种别离暗示加载在模子上的载荷集和界线前提集,以及模子的几许信息等的民众接口,它们同样维护一个引用计数。ＣＦｅａＩｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ类首要完成ＣＡＤ平台的表现和交互,包罗对模子数据的修改和存贮等。

　　基于界线暗示的有限元网格节制数据及属性数据的界说进程是:交互界说有限元网格节制数据及属性数据,如网格剖分尺寸、荷载的范例与巨细等;选择方针几许拓扑元素,如体、面、环、边和极点等;成立界说数据与方针几许元素的关联,并附加在界线暗示数据布局中。

　　在基于几许造型的有限元建模要领中,几许模子处于基本性职位,网格节制、荷载、界线前提、几许性子及原料性子的界说均成立在几许模子上。在大大都实体造型体系中,实体模子的机内表达由结构实体几许(ＣＳＧ)树和界线暗示(Ｂ-Ｒｅｐ)布局配合完成。通过界线暗示布局,可获得对形体几许拓扑信息的条理化的描写。该描写涵盖了构成形体的全部几许拓扑工具,如体、面、环、边和极点等,及它们之间的连接和归属相关,这就为有限元网格节制数据及属性数据的界说提供了载体。