基于CATIA特征的钣金产品设计同步仿真技术研究

摘要

传统汽车钣金件产品设计主要依靠经验,对于外形轮廓大,形状复杂的产品来说75％的成形缺陷和工艺难题都是由于产品早期设计不合理造成的。在整车开发过程中,产品形状设计缺陷与工艺过程设计缺陷已成为了是整车开发的瓶颈,例如在工艺设计之前需要确定翻边高度,翻边角度,以及对应的工艺补充面形状,还要确定修边线的位置,传统方法只能依靠技术人员的经验和简单的几何方法,往往容易造成翻边形状不合理,修边线位置不准确,使现场试模比较困难。随着计算机技术的发展,有限元逆算法可帮助设计人员在设计阶段发现产品潜在的缺陷,提高设计效率。由于汽车钣金件设计大量采用CATIA软件,因此开发基于CATIA平台的汽车钣金件辅助设计分析系统是十分必要的。
　　课题来源于国家自然科学基金项目(No.50905066)和中央高校基本科研业务费(HUST:编号2012QN044)资助。本课题在基于改进的有限元逆算法和DKQ壳单元的FASTAMP求解器支持下,开发了基于CATIA自定义特征的汽车覆盖件产品设计同步仿真系统。
　　论文总结了有限元逆算法在汽车钣金件成形分析中的应用,结合参数化设计的基本思想,提出了基于特征的系统的仿真方法。由于汽车覆盖件产品尺寸比较大,大多数都存在局部翻边成形区域,将系统分为产品整体成形性分析与局部翻边成形性分析两个模块。在系统框架结构和数据流的设计中,详细阐述了系统界面、功能的开发与流程。
　　针对产品设计初期需要反复修改和协调产品尺寸,需要反复进行CAE分析的问题提出了CAD设计与CAE分析模型同步更新的设计思想。利用CATIA特征模型的更新机制,重点解决了产品曲面,以及材料参数、工艺参数、网格剖分、中性层偏置等同步更新技术,实现了CAD/CAE的无缝集成,结合网格剖分器和基于逆算法的FASTAMP求解器,完成了基于CATIA自定义特征汽车覆盖件产品设计同步仿真系统的开发。最后,以汽车横梁件和汽车侧围外板件为例进行产品成形性分析,论证了系统的实用性和准确性。

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1 绪论

1.1 课题的来源、目的和意义

1.2 有限元技术在汽车覆盖件产品成形性分析中的应用

1.3 CAD/CAE系统的集成的研究现状

1.4 本文的主要研究内容

2 基于CATIA平台的产品设计同步仿真系统开发基础

2.1 引言

2.2 CATIA二次开发基础

2.3 系统的设计思想

2.4 有限元逆算法理论基础

2.5 本章小结

3 基于CATIA平台的产品设计同步仿真系统总体设计

3.1 引言

3.2 整体成形性分析模块（BEW）

3.4 翻边成形性分析模块（TUW）

3.4 系统的特点

3.5 本章小结

4 基于CATIA平台的产品设计同步仿真系统关键技术

4.1 引言

4.2 CATIA自定义特征

4.3 同步更新技术

4.4 网格单元搜索和映射技术

4.6 本章小结

5 基于CATIA平台的产品设计同步仿真系统应用实例

5.1 引言

5.2 汽车横梁件成形性分析

5.3 汽车侧围外板件分析

5.4 本章结论

6 全文总结和展望

6.1 全文总结

6.2 课题展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文