基于KBE和HyperWorks的车架CAE前处理流程自动化研究

摘要

汽车行业的竞争越来越激烈，如何缩短产品开发周期，提高产品设计质量，快速推出新产品以响应市场，成为企业亟需解决的重要问题。新产品的开发是一个非常复杂的过程，其中涉及到大量的工程设计知识。随着有限元理论和算法日趋成熟以及计算机软硬件技术的发展，CAE软件的应用可以帮助企业缩短产品研发周期，已经成为汽车产品设计阶段不可或缺的技术手段。然而在利用CAE软件进行有限元前处理的过程中，操作复杂、效率较低、过分依赖工程师经验等问题阻碍了CAE技术的进一步发展。
　　HyperWorks是一款大型通用的CAE软件，并拥有强大的二次开发功能，能够将企业的标准分析流程固化于程序中，并实现部分操作的自动化，但是依然存在扩展能力有限、无法及时更新等问题。本文将知识工程理论(Knowledge BasedEngineering，KBE)引入到CAE分析流程中，探索了KBE技术在CAE领域中的应用，结合HyperWorks二次开发功能，开发出一套前处理流程自动化系统，能够较好地解决上述的问题。
　　KBE的关键技术是知识获取、知识表示以及知识管理和运用，本文以SQLServer2000为开发环境，建立起CAE专用的知识库，实现对前处理流程关键数据和知识的储存、管理及调用。详细介绍了HyperWorks软件的二次开发环境以及进行流程自动化平台开发的流程，通过对前处理流程的分析，建立前处理流程自动化平台，并通过建立知识库与平台之间的连接，使流程自动化平台实现对关键数据的调用。
　　本文分别基于KBE和HyperWorks建立了CAE专用的知识库和前处理流程自动化平台，应用于某车架的有限元建模、模态和静态分析以及结构优化过程。通过与传统方法进行对比，证明了该方法能够有效地简化操作步骤、减少人工参与，从而大幅度提高分析效率，帮助企业缩短产品开发周期，有利于企业知识的传承与发展，具有一定的参考价值。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 CAE流程自动化技术

1．2．2 KBE技术

1．3 本文研究内容

第二章 基于KBE技术的CAE知识库开发

2．1 知识与知识工程

2．1．1 知识的分类

2．1．2 KBE的定义

2．1．3 KBE技术与CAE的结合

2．2 KBE关键技术

2．2．1 知识获取

2．2．2 知识表示

2．2．3 知识管理与运用

2．3 车架CAE专用知识库的开发

2．3．1 知识库结构

2．3．2 创建数据表与索引

2．3．3 数据库访问

2．4 本章小结

第三章 基于HyperWorks的流程自动化平台开发基础

3．1 概述

3．2 语言工具

3．2．1 Tcl／Tk语言

3．2．2 HyperWorks内置的功能函数和工具包

3．3 流程编辑工具

3．4 命令流文件

3．5 访问CAE知识库

3．6 小结

第四章 车架前处理流程自动化平台的创建与应用

4．1 流程自动化平台概述

4．1．1 有限元分析基本流程

4．1．2 流程自动化平台的结构与功能

4．2 平台开发流程

4．3 通用前处理模块的设计与应用

4．3．1 模型导入模块

4．3．2 部件管理模块

4．3．3 几何清理模块

4．3．4 中面抽取模块

4．3．5 材料属性模块

4．3．6 网格划分模块

4．3．7 建模效果对比

4．4 本章小结

第五章 车架模态和静态分析实例

5．1 模态分析

5．1．1 模态分析理论基础

5．1．2 模态分析模块设计与计算

5．2 模态试验验证

5．3 静态分析

5．3．1 静态分析理论基础

5．3．2 悬架模拟与静态分析模块的设计

5．3．3 载荷与约束施加

5．3．3 静力计算及强度校核

5．4 本章小结

第六章 车架结构优化

6．1 优化设计概述

6．1．1 优化设计理论基础

6．1．2 灵敏度分析

6．2 尺寸优化流程及其模块设计

6．3 车架灵敏度分析及尺寸优化

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况