式，零件变型；
[0050]5)保存变型后的模型和数据文件。
[0051](5)在参数化变型设计用户界面中后台启动ANSYS，自动读取更新后的Excel表格中的数据和APDL命令流并执行APDL命令流文件，建立参数化CAE分析模型、进行参数化CAE分析并输出结果。所述的CAE分析步骤如图3，包括如下:
[0052]I)后台启动有限元分析软件ANSYS;
[0053]2)根据需求，将APDL命令流文件中的几何参数和CAE分析参数进行参数化，建立有限元模型；
[0054]3)定义单元类型、材料属性、网格划分；
[0055]4)施加边界约束条件和载荷，其中零件所受到的约束包括一端固定、两端固定、转动或平动，载荷包括切削力、拉力或扭矩；
[0056]5)进行求解分析，输出分析结果，退出ANSYS。
[0057]其中，如在Excel中修改参数，可重新生成APDL命令流文件，并且ANSYS自动读取修改后的Excel表格中的数据和APDL命令流进行建模和分析；
[0058](6)根据CAE分析结果，判断是否满足工程约束，如刚度、强度等条件;如果不满足工程约束则返回步骤(4)自动进行参数修改，循环步骤(4)、(5)、(6)直到满足工程约束条件，如果满足工程约束进行下一步骤；
[0059](7)结果自动返回CAD软件中，模型更新、Excel表格更新，输出结果并保存数据文件。
[0060]图1和图3中所述的CAE分析基本过程大致可分为前处理、求解以及后处理过程。前处理是指对有限元模型的建立过程，其中包括创建或输入几何模型、定义材料属性、定义单元类型、划分有限元网格等内容;求解过程指的是对模型进行施加载荷和约束、求解等内容；后处理过程即是查看分析结果的过程，包括查看分析并显示结果以及检验结果的正确性等内容。
[0061 ]以下根据一个简单的单阶梯轴为实例来说明该方法的具体过程:
[0062](I)对该单阶梯轴的参数进行分析:参数包括轴径和轴长，以轴径D为可变参数(可变参数是指零件在变型过程中可以改变的参数，即可以直接控制模型结构形状特性变化的参数)、轴长L为导出参数(导出参数是指通过其他参数的计算间接得到的参数即通过参数间建立某种关联来间接控制某些结构形状的参数)、设约束关系式为L = 2D;然后在So I i dworks中建立轴的参数化三维模型；
[0063](2)基于VC++为开发工具，对Solidworks进行二次开发，构建如图4所述的轴的参数化变型设计用户界面，所述界面的可执行步骤包括CAD模型参数输入、CAE模型参数输入、工程约束条件输入、后台启动ANSYS，如果在界面中输入轴径然后点击模型重生按钮，则CAD模型更新；
[0064](3)将轴模型参数导入到Excel中，并在Excel中编写APDL命令流。其中，在用户界面中修改参数时，ExceI中数据自动修改、更新;在ExceI中修改参数时，SolidWorks也能自动读取Excel数据并模型更新；
[0065](4)在轴的参数化变型设计用户界面中输入CAD模型参数(轴径和约束关系)、CAE分析参数(弹性模量E、泊松比μ、材料密度P、网格尺寸大小、拉伸或压缩力Fn、剪切力Fs)和工程约束条件(σ< [σ]、τ< [τ])，根据输入参数对Excel表格数据和APDL命令流进行读取、修改与更新，进而对三维模型进行变型设计，变型设计步骤包括如下:
[ΟΟ??] I)详细分析单阶梯轴参数，启动Sol idworks;
[0067]2)根据单阶梯轴中轴径和轴长之间的关联，确定轴径和轴长之间的约束关系，并建立约束关系式L = 2D，在Solidworks中建立单阶梯轴的参数化三维模型；
[0068]3)建立变型设计模块，利用建立的变型设计模块快速地提取单阶梯轴中轴径、轴长参数和约束关系式L = 2D;
[0069]4)修改轴径和轴长参数和约束关系式L = 2D，单阶梯轴变型；
[0070]5)保存变型后的模型和数据文件。
[0071](5)在轴的参数化变型设计用户界面中后台启动ANSYS，自动读取更新后的Excel表格中的数据和APDL命令流并执行APDL命令流文件，建立参数化CAE分析模型、进行参数化CAE静力分析、输出结果如图5，其中，CAE分析步骤包括如下:
[0072]I)后台启动有限元分析软件ANSYS;
[0073]2)根据需求，自动将APDL命令流文件中单阶梯轴的轴径、轴长等几何参数和弹性模、泊松比、材料密度、网格尺寸大小、拉伸或压缩力、剪切力等CAE分析参数提取为可变参数进行参数化，建立有限元模型；
[0074]3)输入材料类型为45号刚的单阶梯轴的属性，如下:
[0075]弹性模量:E= 2e 11 (N/m2)、泊松比:μ = 0.269、密度:P = 7850 (kg/m3)；
[0076]设网格尺寸大小:2_，进行网格划分；
[0077]设计人员可以根据各种不同的材料输入不同的参数值。
[0078]4)施加边界约束条件和载荷:假设单阶梯轴的一端全约束，并受拉伸力Fn= 1KN、剪切力Fs = 0.5KN;
[0079]5)进行求解静力分析，输出分析结果，退出ANSYS。
[0080]其中，如在Excel中修改参数，可重新生成APDL命令流文件，并且ANSYS自动读取修改后的Excel表格中的数据和APDL命令流进行建模和分析；
[0081](6)根据CAE分析结果，判断是否满足工程约束(σ<[σ]、τ< [τ])。如果不满足工程约束则返回步骤(4)自动进行参数修改，循环步骤(4)、(5)、(6)直到满足工程约束条件，如果满足工程约束进行下一步骤；
[0082](7)结果自动返回CAD软件中，模型更新、Excel表格更新，输出结果并保存数据文件。
【主权项】
1.一种满足工程约束条件的变型设计方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)对机械系统零部件结构性能进行初步分析，并进行参数分析、提取；在CAD软件的Solidworks中建立零件的参数化三维模型； (2)基于VC++为开发工具，对Solidworks进行二次开发，构建出参数化变型设计用户界面，所述界面的可执行步骤包括几何模型参数输入;CAE模型参数输入;后台启动ANSYS，读取Excel表格数据并执行步骤(3)编写的APDL命令流； (3)将模型参数导入到Excel中，并在Excel中编写APDL命令流;其中，在用户界面中修改参数时，Excel中数据自动修改、更新;在ExceI中修改参数时，SolidWorks也能自动读取Excel数据并进行模型更新； (4)在参数化变型设计用户界面中输入几何参数和CAE分析参数，工程软件SolidWorks根据输入参数对Excel表格数据和APDL命令流进行读取、修改与更新，进而对三维模型进行变型设计； (5 )在参数化变型设计用户界面中后台启动ANSYS，自动读取更新后的Exce I表格中的数据和APDL命令流并执行APDL命令流文件，建立参数化CAE分析模型、进行参数化CAE分析并输出结果； (6)根据CAE分析结果，判断是否满足工程约束;如果不满足工程约束则返回步骤(4)自动进行参数修改，循环步骤(4)、(5)、(6)直到满足工程约束条件，如果满足工程约束进行下一步骤； (7)结果自动返回CAD软件中，模型更新、Excel表格更新，输出结果并保存数据文件。2.根据权利要求1所述的满足工程约束条件的变型设计方法，其特征在于，步骤(I)中所述的参数包括零件的可变参数、导出参数和不变参数，也分为几何参数、物理参数、力学参数及CAE分析参数。3.根据权利要求1所述的满足工程约束条件的变型设计方法，其特征在于，步骤(3)中所述的Sol idWorks读取Excel数据并进行模型更新，具体为通过Excel输入参数，利用Excel表格ActiveX控件并结合SoI idWorks宏功能实现对SoI idWorks模型尺寸修改及更新；Excel2003保存格式为.xls格式。4.根据权利要求1所述的满足工程约束条件的变型设计方法，其特征在于，所述的APDL命令流文件包括有限元建模、单元类型、材料属性、网格划分、约束位置、施加边界条件和载荷，进行分析，导出中性文件。5.根据权利要求3所述的满足工程约束条件的变型设计方法，其特征在于，所述APDL宏文件为.mac文件。6.根据权利要求1所述的满足工程约束条件的变型设计方法，其特征在于，所述步骤(4)中的变型设计步骤包括如下: 1)详细分析零件参数，启动Solidworks; 2)根据零件各尺寸之间的关联，确定各参数之间的约束关系，并建立参数之间约束关系式，进而构建参数化三维模型； 3)建立变型设计模块，利用建立的变型设计模块快速地提取零件模型中的尺寸参数和约束关系式； 4)修改尺寸参数、约束关系式，零件变型； 5)保存模型和数据文件。7.根据权利要求1所述的满足工程约束条件的变型设计方法，其特征在于，步骤(5)所述的建立参数化CAE分析模型，具体为ANSYS把Excel表格数据读取到数组中，用数组中数据建模； 其中，MWRITE, ParP ,Fname ,Ext, —，label，nl，n2，n3 此命令可读数组 VffRITE，Par I，Par 2，Par 3，……，Par 19此命令可读单个数值。8.根据权利要求1所述的满足工程约束条件的变型设计方法，其特征在于，所述步骤(5)的CAE分析步骤包括如下: 1)后台启动有限元分析软件ANSYS; 2)根据需求，将APDL命令流文件中的几何参数和CAE分析参数进行参数化，建立有限元丰旲型; 3 )定义单元类型、材料属性、网格划分； 4)施加边界约束条件和载荷，其中零件所受到的约束包括一端固定、两端固定、转动或平动，载荷包括切削力、拉力或扭矩； 5)进行求解分析，输出分析结果，退出ANSYS。9.根据权利要求1所述的满足工程约束条件的变型设计方法，其特征在于，所述几何参数包括外形尺寸和载荷位置，CAE分析参数包括网格尺寸、载荷大小和材料属性，其中材料属性包括弹性模量、泊松比和材料密度。
【专利摘要】本发明公开了一种满足工程约束条件的变型设计方法，包括如下步骤：建立参数化三维模型；开发参数化变型设计用户界面；将模型数据导入到Excel中，并编写参数和APDL命令流；在用户界面中输入CAD与CAE模型参数，Excel数据和APDL命令流自动读取、修改和更新；变型设计；后台启动CAE软件自动读取Excel表格中的数据和APDL命令流，建立模型、参数化CAE分析并输出结果；判断是否满足工程约束，自动修改参数、分析直到结果满足工程约束，结果自动返回CAD软件生成新的模型；输出最终结果，保存数据文件。本发明实现零件的参数化建模并快速的变型设计；解决了无需要人工干预的满足工程约束条件的变型设计问题；大大提高了分析效率，缩短了产品设计周期，提高了生产效率。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105718629
【申请号】CN201610008954
【发明人】刘秀娟, 刘夫云, 刘海潮, 李宽, 刘仁顺, 刘诗文
【申请人】桂林电子科技大学
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2016年1月8日