产品设计、仿真与数控加工异构信息集成技术及应用研究

摘要

本文对产品设计、仿真分析与数控加工异构信息集成技术进行了研究，包括产品设计与仿真分析异构信息集成模型、基于时变载荷历程模型的多体动力学与有限元异构集成技术、基于集成信息模型的有限元仿真分析重用技术和基于PDM的数控加工管理信息集成技术等方面的研究。结合项目，开发了低压断路器数字化设计、仿真分析和数控加工集成平台，在低压电器设计中得到实际应用，取得了较好的效果。
　　 论文的组织结构为：
　　 第1章，概述了产品数字化设计、仿真分析、与数控加工异构信息集成技术相关理论、技术的研究现状与应用状况。对相关的理论和技术进行了总结与归纳，并阐述了本论文的主要研究内容、意义和组织架构。
　　 第2章，提出了产品设计与仿真分析异构信息集成模型。主要分析了产品设计与仿真分析异构信息集成模型的结构组成，研究了三维几何建模系统、多体动力学系统、有限元分析系统以及知识管理各系统之间的信息集成和数据转化技术，实现了产品设计、仿真分析的综合信息的集成。
　　 第3章，提出了基于时变载荷历程模型的多体动力学与有限元异构集成技术。构建了时变载荷历程模型，通过对多体动力学载荷文件的提取与转化，利用APDL(ANSYS Parametric Design Language)与宏命令进行二次开发，将载荷文件导进有限元分析系统中，把曲面离散为小单元的网格面，根据载荷分布特征函数与曲面的形状，计算出曲面上各网格或者节点所受的载荷，自动将载荷离散并映射到需加载的曲面上，实现了多体动力学与有限元异构系统信息的联合仿真。
　　 第4章，提出了基于集成信息模型的有限元仿真分析重用技术。分析了有限元仿真集成信息模型的结构组成，通过对有限元仿真分析已有信息的提取与集成，利用APDL与宏命令进行二次开发，实现了有限元仿真分析的过程与信息重用。提出的方法在产品开发中得到应用，有效提高了仿真分析的效率。
　　 第5章，提出了基于PDM的数控加工管理信息集成技术。主要从CAD三维建模、零件信息管理、产品BOM管理、零件CAM处理、NC程序生成、车间排程与NC程序库等方面构建数控加工管理集成模型。通过产品结构信息和零部件信息的集成，车间排程与数控加工信息的关联，以及数控系统与计算机之间的通讯等方法，实现了基于PDM统一数据的产品数字化设计、排程与制造的集成。
　　 第6章，根据论文提出的理论及方法，开发了产品数字化设计、仿真、数控加工集成平台，并在低压断路器设计中进行实施和应用。验证了作者提出的产品数字化设计、仿真分析与数控加工异构信息集成技术相关理论和方法的可行性。
　　 第7章，总结了本论文的研究内容和成果，指出了今后更进一步的研究工作与研究方向。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 引言

1.2 产品数字化设计研究概况

1.2.1 产品数字化设计发展过程

1.2.2 产品数字化设计技术研究主要内容

1.3 产品设计、仿真与数控加工异构信息集成技术研究进展

1.3.1 产品设计与仿真集成技术

1.3.2 产品多性能仿真集成技术

1.3.3 产品数字化制造与工艺集成技术

1.3.4 产品数字化过程管理集成技术

1.3.5 产品设计重用技术

1.4 本文研究内容及组织结构

1.5 本章小结

2 产品设计与仿真分析异构信息集成模型

2.1 引言

2.2 产品设计与仿真分析异构信息集成模型构建

2.2.1 产品设计与仿真分析异构信息集成模型的结构组成

2.2.2 产品设计与仿真分析异构信息集成模型构建

2.3 产品设计与仿真分析异构信息集成与转化的实现

2.3.1 知识管理信息与仿真分析信息的转化

2.3.2 实现流程

2.4 应用实例

2.5 本章小结

3 基于时变载荷历程模型的多体动力学与有限元异构集成技术

3.1 引言

3.2 时变载荷历程模型的构建

3.3 多体动力学与有限元的异构集成

3.3.1 时变载荷历程的提取与集成

3.3.2 基于特征函数分布的有限元节点散射加载

3.4 多体动力学与有限元联合仿真的实现

3.4.1 多体动力学与有限元联合仿真方法

3.4.2 多体动力学与有限元联合仿真实现流程

3.5 应用实例

3.6 本章小结

4 基于集成信息模型的有限元仿真分析重用技术

4.1 引言

4.2 有限元仿真分析的集成信息模型

4.2.1 有限元仿真分析的集成信息模型的构建

4.2.2 有限元仿真分析的集成信息模型结构组成

4.3 有限元仿真分析重用技术

4.3.1 产品设计与分析过程重用

4.3.2 有限元仿真分析重用流程

4.3.3 有限元仿真分析信息集成与重用

4.4 应用实例

4.5 本章小结

5 基于PDM的数控加工管理信息集成技术

5.1 引言

5.2 数控加工管理信息集成模型的构建

5.2.1 面向过程的产品PDM管理

5.2.2 数控加工管理信息集成模型

5.2.3 数控加工管理集成模型体系架构

5.3 数控加工管理信息集成技术的实现

5.3.1 基于产品结构与零部件信息的PDM/CAD/CAM集成

5.3.2 车间排程与数控加工信息的关联

5.3.3 数控指令的发送与接收

5.3.4 实现流程

5.4 应用实例

5.5 结论

6 低压断路器数字化设计、仿真与数控加工集成平台的实现

6.1 平台体系架构与基本流程

6.1.1 平台体系架构

6.1.2 平台基本流程

6.2 平台主要功能及实现

6.2.1 产品三维CAD建模、装配

6.2.2 多体动力学仿真与机构设计优化

6.2.3 有限元分析与有限元设计重用

6.2.4 数控加工信息的管理与集成

6.3 本章小结

7 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 工作展望

参考文献

附录一 攻读博士学位期间发表（录用）的学术论文

附录二 攻读博士学位期间参加的科研项目

作者简历