CAD/CAE集成技術淺析

　　2.2 以CAD為中心的集成途徑

　　隨三維CAD技術的成熟和搶占PLM主導地位的市場需要，CAD軟件的功能開始向CAE領域拓展延伸，當前主流的CAD系統都或多或少的擁有了CAE分析的能力。這為CADCAE的集成提供了一種技術方向，即將傳統CAE的前處理工作“移交”給CAD系統，由其完成幾何建模、載荷、約束、材料、網格劃分等整個FEA的前處理，CAE系統只提供各種分析問題的求解器。由于采用一個數據庫來存儲CAD和CAE前處理信息，能

　　夠實現CAD模型的變更自動驅動CAE模型的變化。當前，主流的CAD系統都提供了不同程度的 CAE分析能力，從工程應用情況看，主要定位給非強度分析人員如結構總體設計人員作為設計的輔助手段來使用。

　　在 CAD系統自身提供的 CAE前處理功能基礎上，可以結合行業產品特點，開發定制化的 CADCAE集成環境。需要研究的主要內容包括：

　　(1) 考慮 CAE分析的 CAD設計建模規范。傳統的 CAD設計建模規范是面向裝配和制造的， CAD模型并不包含 CAE網格劃分所需的所有幾何信息(如實體梁可能并沒有中面特征)，因此，必須在 CAD建模規范中充分考慮 CAE所需的幾何信息。

　　(2)求解器計算輸入文件自動生成。當前有非常多的 CAE求解器可供用戶選擇，特別是進行多學科分析時，可能一套 CAD模型要面對多個不同的求解器。因此，如何支持更多的求解器以及多求解器輸入文件自動生成技術是以 CAD為核心的集成方案要解決的關鍵問題。

　　2.3 以CAE為中心的集成途徑

　　通過與 CAD廠商的聯盟， CAE系統也在不斷突破傳統前處理的一系列弊端和不足，通過開發 CAD模型的雙向驅動技術，實現了將 CAE幾何建模轉移到 CAD系統的目標。這種技術方案被稱為新一代的 CAE前處理。如 Ansys公司的 workbench。AWE 集成的協同設計優化環境提供了參數化建模( ANSYS DesignModeler)與參數化分析( ANSYSDesign Space)，多目標優化分析( DesignXplorer)。其底層數據是與 CAD 相同，因此可以直接與 Catia、UnigraphicsNX、Pro/Engineer等 CAD 系統共享數據。

　　其核心思想是通過開發 CAD模型本地驅動( native access)技術，實現 CAD模型的雙向驅動， CAE系統的前處理模塊負責對 CAD特征模型的識別和降維簡化處理，如剔除倒角、淺槽等細節特征;將傳統 CAE分析中的材料、載荷、邊界約束、分析類型等與有限元分析密切相關的屬性信息作為非幾何特征附加給識別出來后的 CAD模型。然后根據附加的單元類型屬性信息，將三維實體轉換為面或殼、將三維桿狀實體轉換為一維梁等，為網格離散化提供“干凈”的幾何模型。接下來由 CAE系統的網格劃分器完成網格劃分工作，并自動生成求解器的計算輸入文件，完成模型處理工作。

以CAE為中心的集成方式

　　下圖為安世亞太公司開發的基于特征的飛機有限元模型創建過程。

　　

　　基于特征的飛機CADCAE集成設計分析

　　3 結論

　　本文針對當前航天產品研發 CAE的應用現狀，對實現 CADCAE集成的各種技術途徑進行了簡要描述說明。作者認為，現階段實現 CADCAE集成需要根據具體的型號應用目的，選擇合適的集成方案，根據目前 CAD、CAE的發展趨勢， CAD系統向 CAE領域的擴展將進一步加強，而 CAE的前處理能力將隨技術的深入發展得到更大的提升，特別是與 CAD數據的無縫兼容的技術瓶頸有望得到有效解決， CADCAE模型的統一集成將給航天產品研發模式帶來革新，“仿真驅動設計”的產品設計理念將越來約多的得到工程應用。