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CAD/CAM技术第七章计算机辅助工程分析本章学****目标掌握计算机辅助工程的基本概念了解计算机辅助工程的主要分析技术掌握有限元法的理论基础和解题过程了解概念设计方案的指标体系与原理重点:计算机辅助工程分析的有限元分析技术CAD/ ,CAE)的概念可以从广义上与狭义上两方面来阐述。广义上来说,计算机辅助工程包括产品设计、工程分析、数据管理、试验、仿真和制造在内的计算机辅助设计、分析和生产的综合系统; 从狭义上来说,仅仅是指用计算机对工程和产品进行性能与安全可靠性分析,模拟其未来的工作状态和运动行为,及早发现设计缺损,验证工程产品功能和性能的可用性与可靠性等。CAD/CAM技术计算机辅助工程的主要特征1)涉及内容多,跨学科性明显;2)不同于基础科学,CAE面向的对象是工程产品;3)CAE与新产品机理、先进可靠性和功能密切相关。CAD/CAM技术计算机辅助工程的具体工作1)运用工程数值分析中的有限元等技术分析计算产品结构的应力、应变等物理场量,给出整个物理场量在空间与时间上的分布,实现结构的从线性、静力计算分析到非线性、动力的计算分析。2)运用过程优化设计的方法在满足工艺、设计的约束条件下,对产品的结构、工艺参数、结构形状参数进行优化设计,使产品结构性能、工艺过程达到最优。3)运用结构强度与寿命评估的理论、方法、规范,对结构的安全性、可靠性以及使用寿命作出评价与估计。4)运用运动学或动力学的理论与方法,对由CAD实体造型设计出的机构、整机进行运动学或动力学仿真。CAD/(离散)成数目有限的小块,称为有限单元,各单元之间仅在有限个指定结合点处相连接,用组成单元的集合体近似代替原来的结构,在节点之间引入有效节点力以代替实际作用在单元上的载荷。对每个单元,选择一个简单的函数来近似地表达单元位移分量的分布规律,并按弹性力学中的变分原理建立单元节点力与节点位移(速度、加速度)的关系(质量、阻尼和刚度矩阵),最后把所有单元的这种关系集合起来,就可以得到以节点位移为基本未知量的力学方程,给定初始条件和边界条件就可以求解力学方程。由于单元的个数是有限的,节点数目也是有限的,所以这种方法也称为有限元法。CAD/CAM技术有限元法的分析步骤1)连续体的离散化2)选择插值函数3)建立单元的特征式4)集合整个单元特征式求得系统的有限元方程5)求解有限元方程6)结果整理CAD/CAM技术有限元法的前置处理与后置处理1)前置处理包括选择所采用的单元类型,划分单元,确定各节点和单元的编号及坐标,确定载荷类型、边界条件、材料性质等。2)后置处理后置处理,即将有限元计算分析结果进行加工处理并形象化为变形图、应力等值线图、应力应变彩色浓淡图、应力应变曲线以及振型图等,以便对变形、应力等进行直观分析和研究。为了实现这些目的而编制的程序,称为后置处理程序。CAD/CAM技术