在 CAE 技術較為成熟的今天，各種優(yōu)化工具如拓撲、參數(shù)優(yōu)化在結(jié)構(gòu)設計中得到了大量的使用，使得在零件在大的傳力方式、零件初步結(jié)構(gòu)設計等過程設計效率大大提高，能在較短的時間內(nèi)進行多方案的比較，從而得到較優(yōu)秀的設計。

 

但是在零組件詳細設計中，由于其大體設計已經(jīng)完成，需要對其內(nèi)部細節(jié)設計進行具體對比優(yōu)化。多輪計算校核模型基體相同，只有少數(shù)特征更改了。而在有限元計算分析中，無法對有限元模型進行細節(jié)快速修改，有限元分析模型可能需要重新建立。

 

本文提出一種宏封裝技術，可以極大的較少有限元模型建立過程中的重復勞動，其主要步驟如圖 1 所示。

 

 

圖 1 基于宏封裝的有限元快速迭代分析流程圖

 

具體過程以某支架優(yōu)化計算為例，對此技術流程進行說明。某支架由上下支架兩個部分組成，結(jié)構(gòu)示意圖見圖 1，需要對上支架進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計。

 

 

圖 2 支架結(jié)構(gòu)示意圖

 

結(jié)構(gòu)優(yōu)化往往是已有計算模型的基礎上進行。首先進行計算模型的復制，在保留原計算模型的同時可以進行新模型的計算。

 

 

圖 3 模型復制頁面

 

其次工作為在部件以及裝配模塊下刪除原有模型和實例。部件中零件舊版本可以保留，但裝配實例必須刪除。由于模型為復制過程，在屬性模塊中保留了材料定義，可以給模型直接應用。

 

 

圖 4 材料應用頁面

 

新模型材料賦予后工作為建立實例，一般選擇非獨立實例。在該步驟中由于零件位置不在目標位置需要使用裝配工具對實例進行裝配，裝配工具模塊見圖 4。常見手段為平移和轉(zhuǎn)動，根據(jù)需要也會使用到共軸和共面工具。

 

 

圖 5 裝配工具

 

在分析步模塊可以沿用，無需額外建立。

 

在相互關系模塊需要進行的工作較多，主要分為兩個部分，參考點的建立和約束面的重新選擇。

 

由于一般有限元模型建立過程中參考點為基于模型幾何生成，在舊模型實例刪除后，參考點會丟失。在這部分需要查看原計算模型，對丟失參考點進行統(tǒng)計以及坐標測量。參考點測量為使用查詢按鈕，點測量功能進行測量，然后使用點坐標建立新的參考點，操作界面見圖 5 和圖 6。

 

 

圖 6 點測量示意圖

 

需要注意的是，由于約束、載荷添加以及邊界條件為沿用舊計算模型，需要保持參考點名稱一致，否則會出現(xiàn)計算模型錯誤。

 

 

圖 7 使用坐標建立參考點示意

 

約束面的重新選擇為在約束管理器中依次雙擊所有約束關系，相關面的選取可以查看舊計算模型。由于載荷以及邊界條件施加在參考點上，無需進行修改。在完成上述過程后只需要對新零件實例進行網(wǎng)格劃分即可提交計算。

 

 

圖 8 網(wǎng)格屬性頁面

 

由于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計需要進行多輪次迭代計算，需要優(yōu)先保證迭代效率，建議網(wǎng)格選用線性四面體網(wǎng)格，線性網(wǎng)格能提高計算效率；四面體劃分一般能一次生成，而六面體網(wǎng)格可能會因為數(shù)模更改后需要重新分區(qū)操作。

 

 

圖 9 網(wǎng)格單元類型頁面

 

最后新建作業(yè)提交計算即可。

 

圖 10 新建作業(yè)界面

 

經(jīng)過多次試驗，在整個計算過程中，零件導入以及約束關系面這兩個部分不宜進行宏的錄制。零件導入由于需要選擇新版模型，而無法沿用零件文件號。約束關系面則是因為模型更改可能會導致面的改變到導致宏命令無法順利應用。宏錄制的入口見下圖中宏管理器。

 

 

圖 11 宏管理器界面

 

點擊創(chuàng)建后出現(xiàn)如下見面，輸入宏名稱，目錄選擇分兩種，選擇主目錄，生成宏保持在安裝主目錄下，在所有的計算模型中都能得到應用。選擇作業(yè)則保存在當前工作目錄下，方便計算文件整體交付給別人。建議宏保存在作業(yè)下，以免主目錄中出現(xiàn)過多非通用宏而降低使用效率。

 

 

圖 12 創(chuàng)建宏頁面

 

選擇繼續(xù)后，開始錄制宏，軟件會自動記錄下所有操作，并生成宏文件，可按需對宏命令進行修改。

 

 

圖 13 宏文件內(nèi)容示意

 

建議每個模塊下的操作單獨錄制宏，主要可以提高建模靈活性。使用時在相應的模塊下運行相應的宏命令，運行宏命令的方法為打開宏管理器，選擇相應的宏，點擊運行即可。綜上，通過宏命令的方式將重復操作的命令封裝成宏文件；生成的宏文件也可以進行特殊應用的編輯修改；最終在模型迭代設計中大大提高結(jié)構(gòu)優(yōu)化的分析效率。

 

資料來源：達索官方