浅析CAD/CAE集成技术

1前言

　　经过多年来 CADCAE集成技术的发展应用，当前，形成了若干集成途径，并在各领域得到了不同程度的应用。但仍距离预期CADCAE的“无缝”融合目标存在较大差距。特别是在航空航天领域，由于模型特征的复杂性、力学简化方式的多样性等原因，CADCAE集成的应用一直不理想。

　　从航空航天CAE分析的特点角度，导致CADCAE集成技术困难的原因可以归纳为：

　　(1)结构组成复杂

　　航天产品是一个复杂组合结构，含有大量的众多形式的受力构件(如蒙皮、桁条、腹板、接头、复合材料层板等)。单单从CAD、CAE领域本身快速精确地构建这些特征的模型就不是一件容易的工作。

　　(2)结构不连续性强

　　航天结构中又常常因为构造和工艺上的需要，或是为了维修方便和减重等原因，而不得不在钣金件上实施开口等处理，加受力或不受力口盖，以及迫使杆件断开等，形成结构不连续性。

　　(3)模型异构性强

　　在航天产品结构中，上述的板筋、梁板和杆系等组合结构，是非常典型的。区别与面向装配和制造的CAD建模，复杂板筋、梁板、杆系组合结构的FEA建模应该有它固有的力学方法和途径。这些都使得航天产品结构的有限元模型化过程变得繁琐复杂。而且，不同的分析问题对模型的要求差异较大，造成CAD、CAE共享数据非常困难。

　　(4)CAE知识程度要求高

　　不仅如此，工程分析人员为了能够尽可能地获取反映结构真实受力行为的分析模型，还必须对结构传力路线、材料特性、构件受载模式及结构不连续性对刚度产生的影响等因素有清晰的了解, 并进行妥善地处理。因此, 模型化工作又是一项知识密集型活动。

　　2 CADCAE集成技术途径分析

　　近两年来，随数字化技术的深入发展，CAD、CAE市场的产业格局发生了重大变化，出现了不少CAD公司与CAE公司的战略联盟和并购，如Dassault公司与MSC公司的联盟、Autodesk公司与Ansys公司的联盟等，双方通过开放直接数据接口，实现了CADCAE数据的“无缝”集成，使得CADCAE集成方式获得了转变性突破。本文认为今后CADCAE集成技术应重点从下述方向展开：

　　2.1 搭建

　　CADCAE中间“浮桥”集成途径早期，由于CAD、CAE分属于不同的软件公司，CADCAE的集成多以搭建CAD、CAE信息沟通中间“浮桥”的方式进行。其中，根据集成的目的不同，由两种技术实现手段。

　　2.1.1以共享

　　CAD几何信息为重点为了充分利用CAD系统设计完成的几何模型，减少CAE前处理阶段重新建立几何模型的重复劳动，如何有效利用CAD系统产生的几何模型是这种集成方式的研究重点。采用中间标准几何描述文件是重要的研究方向，产生了IGES、STL、step等中性格式。近年来，基于step文件格式的集成方式得到了深入研究和工程应用。STEP格式标准的目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期中的产品数据，是CIMS系统和并行工程的技术核心。国内外开展了大量基于STEP格式的CADCAE集成技术研究和应用。

　　但由于软件更新、软件内部数据结构无法获得等原因，采用中间文件的方式，“信息孤岛”问题在工程研制中仍没有有效消除。

　　
2.1.2以优化设计为集成重点

　　多学科设计优化(MDO)是侧重于模型集成，因此，对于MDO应用，CADCAE集成以提供参数化的模型为主。常采用的方式是有集成优化系统控制主参数，CAD和CAE系统提供参数化的模型，模型能够受主参数的驱动进行变化。由于CAE很难像CAD那样

　　给出基于特征的参数化模型，所以实际应用中一般均给出CAE分析的过程文件(如ANSYS的APDL文件)，通过建立主参数与过程文件中变量的映射实现模型的驱动。下图给出了集成方式示意图。

　　优化设计的CADCAE集成方式