第5章计算机辅助工程汇编.ppt

CAD/CAM技术 优化设计过程示意图： 开始 结束 针对机械产品确定优化范围 分析设计对象准备技术资料 建立优化设计数学模型 （确定设 计变量、 目标函数、 约束条件） 选择优化方法 上机运行 、 优选设计方案 选择或编制优化程序 评价设计结 果 ， 最优 ？ 输出优化结果 修改程序 重选方法 修改模型 程序不正确 ？ 模型不正确 ？ 方法不正确 ？ N N N N Y Y Y Y CAD/CAM技术 优化设计应用实例 镗刀杆结构参数优化： 刀杆悬臂端作用有切削阻力P=15000N，扭矩 M=150N.m，悬臂伸出长度L≧70mm，材料许用弯曲应力[σ]=120N/mm2，许用扭转剪应力 [τ]=80N/mm2，允许挠度[f]=0.1mm，弹性模量E=200000N/ mm2 满足强度、刚度条件下，设计用料最省方案 1. 选择设计变量 2. 确定目标函数 为了省料，必须使刀杆的体积最小 CAD/CAM技术 优化设计应用实例 镗刀杆结构参数优化： 刀杆悬臂端作用有切削阻力P=15000N，扭矩 M=150N.m，悬臂伸出长度L≧70mm，材料许用弯曲应力[σ]=120N/mm2，许用扭转剪应力 [τ]=80N/mm2，允许挠度[f]=0.1mm，弹性模量E=200000N/ mm2 满足强度、刚度条件下，设计用料最省方案 1. 选择设计变量 2. 确定目标函数 3. 寻找约束条件 弯曲强度：σ max =FPL / 0.1d 3≤[σ] 扭转强度：τmax = M / 0.2d 3 ≤ [τ] 刚度条件： [f ] – 64FPL3 / 3Eπd4≥0 结构尺寸边界条件：L ≥ L min= 70mm CAD/CAM技术 设x1 = d，x2 = L，设计变量X=[x1，x2]T 目标函数f（X）极小化： f（X）= d2πL /4 = x12πx2 /4 → min 约束条件： g1（X）= [σ] – FPL / 0.1d3≥0 g2（X）= [τ] – M / 0.2d3≥0 g3（X）= [f ] – 64 FPL3 / 3Eπd 4 ≥0 g4（X）= x2 – L min= x2 – 70 ≥0 优化设计应用实例 镗刀杆结构参数优化： 刀杆悬臂端作用有切削阻力P=15000N，扭矩 M=150N.m，悬臂伸出长度L≧70mm，材料许用弯曲应力[σ]=120N/mm2，许用扭转剪应力 [τ]=80N/mm2，允许挠度[f]=0.1mm，弹性模量E=200000N/ mm2 满足强度、刚度条件下，设计用料最省方案 1. 选择设计变量 2. 确定目标函数 3. 寻找约束条件 4. 建立优化设计数学模型 CAD/CAM技术 问题为具有两个设计变量、四个约束条件的非线性规划问题 代入目标函数f(X)得： f(X)=0.785×44.42×70 =108326.2 → min 在满足强度、刚度条件下，用料最省就必须使刀杆直径不小于44.4mm，刀杆长度不小于70mm，其最小体积为108.3 cm3 优化设计应用实例 镗刀杆结构参数优化： 刀杆悬臂端作用有切削阻力P=15000N，扭矩 M=150N.m，悬臂伸出长度L≧70mm，材料许用弯曲应力[σ]=120N/mm2，许用扭转剪应力 [τ]=80N/mm2，允许挠度[f]=0.1mm，弹性模量E=200000N/ mm2 满足强度、刚度条件下，设计用料最省方案 1. 选择设计变量 2. 确定目标函数 3. 寻找约束条件 4. 建立优化设计数学模型 5. 求解优选设计方案 CAD/CAM技术 例题 CAD/CAM技术 例题 CAD/CAM技术 为什么需要前置和后置处理? 有限元法的前置和后置处理 2 有限元分析结束后，由于节点数目多，输出数据量（如节点位移量、振型等）非常庞大，如果靠人工分析，不仅工作量巨大，容易出错，而且也很不直观，因此有限元分析后，需要后置处理。 1 有限元分析时，需要输入大量数据（如单元数、几何特性等）。若人工输入，工作量大，容易出错，需要前置处理。 CAD/CAM技术 1．将几何建模系统和有限元分析系统有机结合，在建模系统中将有限元的前后置处理作为线框建模、表面建模、实体建模的应用层。 2．单独为某一有限元分析程序配置前后处理功能程序，并把二者集成为一套完整的有限元分析系统，同时具有批处理和图形编辑功能。 有限元法的前置和后置处理 几何建模系统