三维CAD/CAE软件环境下机械产品可靠性分析与设计

摘要

机械产品的可靠性分析与设计是保证机械产品质量和安全性的重要手段。三维CAD/CAE软件作为产品数字化设计的工具，在产品可靠性分析与设计方面发挥着重要作用。论文以在三维CAD/CAE软件环境下方便的实现产品的可靠性分析与设计为研究思路，开展机械产品可靠性分析与设计方法的研究，具体内容如下:
　　对产品可靠性分析与设计的FMECA方法和结构可靠度的定量求解方法进行了研究，论述了产品FMECA的分析过程、实施步骤和分析方法，以结构可靠性的“应力-强度干涉”基本模型为基础，引入了结构可靠度三种常用的求解方法。
　　对常用的三维CAD/CAE软件的数字化三维建模与分析仿真功能进行了分析研究，以SolidWorks为例分析了三维CAD软件的数字化产品建模功能，以ANSYS为例分析了三维CAE软件的有限元可靠性协同仿真功能和概率有限元数值模拟功能。在此基础上，提出了在三维CAD/CAE软件环境下进行产品可靠性分析的方案。
　　通过对FMECA相关理论和SolidWorks二次开发技术的研究，论证了在SolidWorks环境下集成产品FMECA可靠性分析模块的可行性。通过对FMECA软件进行需求分析，设计了软件的体系结构、控制流程和后台数据库。采用VB.NET和SolidWorks API作为开发工具，开发了基于SolidWorks的产品FMECA可靠性分析软件SW-FMECA，实现了在三维CAD软件环境下进行产品FMECA分析的功能，完善了三维CAD/CAE软件环境下机械产品可靠性分析的方案。
　　对ANSYS环境下零件结构强度可靠性定量分析与设计的方法进行了研究，归纳了零件可靠性定量分析中随机输入变量及其分布的确定方法，总结了在ANSYS软件环境下进行零件结构可靠性分析的流程。对ANSYS中可靠度求解方法:Monte-Carlo数值模拟法和响应面数值模拟法进行了研究，对这两种方法的抽样方法、实施过程和优缺点进行了具体的分析，并通过计算实例予以了验证。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状和发展动态

1．2．1 机械产品可靠性设计方法

1．2．2 计算机辅助可靠性设计

1．3 主要研究内容

2 机械产品可靠性设计相关理论与方法

2．1 FMECA方法

2．1．1 FMECA方法概述

2．1．2 FMECA的层次与分析过程

2．1．3 FMECA的实施步骤

2．1．4 机械产品危害性(CA)分析

2．2 机械产品FMECA分析的结果与作用

2．2．1 FMECA可靠性分析的结果及作用

2．2．2 FMECA可靠性分析实例

2．3 机械产品结构可靠性分析基本理论

2．3．1 结构可靠性基本方程

2．3．2 结构的可靠度与失效概率

2．3．3 应力-强度干涉模型

2．4 机械产品结构可靠度的计算方法

2．4．1 一次二阶矩法

2．4．2 蒙特卡罗模拟法

2．4．3 概率有限元法

2．5 本章小结

3 基于三维CAD／CAE集成环境的产品可靠性设计框架

3．1 三维CAD软件SolidWorks简介

3．2 SolidWorks环境下的产品零件建模与装配体建模

3．2．1 SolidWorks零件建模方法

3．2．2 SolidWorks软件环境下零件建模一般步骤

3．2．3 SolidWorks产品装配体的建模方法

3．2．4 SolidWorks产品装配体建模实例

3．3 ANSYS环境下的结构分析仿真

3．3．1 基于ANSYS的结构静力学分析仿真

3．3．2 基于ANSYS的结构动力学分析仿真

3．3．3 基于ANSYS的疲劳分析仿真

3．4 ANSYS环境下的概率有限元分析

3．4．1 基于ANSYS的概率设计(PDS)方法

3．4．2 基于ANSYS概率有限元方法求解可靠度的流程

3．5 三维CAD／CAE集成环境下产品可靠性设计方案

3．5．1 可靠性分析与设计方案的构建

3．5．2 可靠性分析与设计方案的实施说明

3．6 本章小结

4 SolidWorks环境下的产品FMECA分析及软件开发

4．1 基于SolidWorks环境的FMECA软件功能分析

4．1．1 SolidWorks环境下进行FMECA分析的基本思路

4．1．2 SW-FMECA软件的设计目标

4．1．3 SW-FMECA软件需求分析

4．2 SW-FMECA软件的开发工具与方式

4．2．1 Visual Studio 2005集成开发环境简介

4．2．2 SolidWorks二次开发接口API对象

4．2．3 采用Visual Basic．NET开发SolidWorks的基本步骤

4．3 SW-FMECA软件总体设计

4．3．1 SW-FMECA软件体系结构

4．3．2 SW-FMECA软件控制流程

4．4 SW-FMECA软件数据库设计

4．4．1 数据结构设计

4．4．2 数据库表关系设计

4．5 SW-FMECA软件开发实现

4．5．1 SW-FMECA软件主要功能界面的设计

4．5．2 SW-FMECA软件主要功能模块的实现

4．6 SW-FMECA软件应用实例

4．7 本章小结

5 ANSYS环境下的零件结构强度可靠性分析

5．1 结构可靠性分析中随机变量的统计处理

5．1．1 载荷

5．1．2 结构几何尺寸

5．1．3 材料的基本属性

5．2 ANSYS环境下零件结构强度可靠性分析流程

5．3 ANSYS环境下结构强度可靠性Monte-Carlo模拟

5．3．1 Monte-Carlo数值模拟法

5．3．2 Monte-Carlo数值模法计算强度可靠度实例

5．4 ANSYS环境下的结构强度可靠性响应面数值模拟

5．4．1 响应面数值模拟法

5．4．2 响应面数值模拟法计算强度可靠性实例

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间参加科研项目和发表论文情况

致谢