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纺织机械辊筒结构零件CAD/CAE系统研究

2020-12-15阅读(775)

纺织机械辊筒结构零件CAD/CAE系统研究

论文摘要

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。

论文目录

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

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