2758 掛鉤三維設計及仿真分析

2758 掛鉤三維設計及仿真分析,掛鉤,三維設計,仿真,分析 南京理工大學泰州科技學院畢業(yè)設計(論文)開題報告學 生 姓 名： 張華亮學 號：0501510150專 業(yè) ： 機械工程及自動化設計 (論文 )題目 ： 掛鉤三維設計及仿真分析指 導 教 師 : 黃新燕 張樂瑩2009 年 3 月 22 日開題報告填寫要求1．開題報告（含“文獻綜述” ）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見；3． “文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于 15篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊） ；4．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標 GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2009 年 3 月 15 日”或“2009-03-15”。畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告1．結(jié)合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2000 字左右的文獻綜述：文 獻 綜 述摘要 本文介紹了計算機輔助設計（簡稱 CAD）這一領域的發(fā)展概況，應用在此領域的各種軟件如 Pro/E、UG 等，其中重點介紹了 Pro/E 軟件的相關功能和應用領域、優(yōu)化設計和計算機輔助設計及仿真分析（CAE)在國內(nèi)、外的應用情況和未來發(fā)展趨勢。關鍵詞 Pro/E 掛鉤 設計 仿真 分析 1 計算機輔助設計的發(fā)展概況世界和國產(chǎn)的各種優(yōu)秀的 CAD 軟件正以前所未有的速度迅速進入機械設計和制造行業(yè)的各個領域。由于目前 CAD 技術在我國機械設計工程界正處在一個快速導入期，各種 CAD 軟件由于其自身的性能優(yōu)勢擁有不同的應用人群。在機械設計行業(yè)中，現(xiàn)在有很多企業(yè)把產(chǎn)品的設計、分析、制造、產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理和信息技術集于一體，這種先進的管理方式屬于企業(yè)信息化的范疇。并且這種先進的管理設計方式也引發(fā)了設計領域的巨大的變化。第一次大的變化是八十年代 CAD 軟件的推廣，國內(nèi)普遍使用的是 AutoCAD 軟件。利用該軟件使許多機械工程師逐漸地甩掉了圖板。第二次大的變化是大量三維 CAD 軟件的不斷出現(xiàn)，如：Pro／Engineer、SolidWorks、Alias、UG、I-DEAS 等 [1]。2 各類三維 CAD 軟件2.1 UG 軟件簡介Unigraphics 是 美 國 UGS 公 司 推 出 的 新 一 代 CAD/CAE/CAM 軟 件 ， 它 是 一 個 集 成 化 的軟 件 ， 其 功 能 非 常 強 大 ， 利 用 它 可 以 進 行 零 件 設 計 、 產(chǎn) 品 裝 配 、 數(shù) 控 加 工 、 鉑 金 件 設 計 、模 具 設 計 、 機 構(gòu) 分 析 、 有 限 元 分 析 和 產(chǎn) 品 數(shù) 據(jù) 庫 管 理 、 應 力 分 析 、 逆 向 造 型 優(yōu) 化 設 計 等 [2]。Unigraphics(UG)是一套復雜產(chǎn)品設計制造的最佳系統(tǒng)，從概念設計到生產(chǎn)產(chǎn)品，UG 廣泛的軍用汽車業(yè)、航天業(yè)、模具加工及設計業(yè)、醫(yī)療器、機 械 、 仿 真 、 數(shù) 據(jù) 管 理 、 電 路 設 計 、電 器 、 玩 具 等 ，近年來更將觸角深及消費性市場產(chǎn)業(yè)中最復雜的領域—工業(yè)設計。運用其功能強大的復合式建模工具，設計者可依工作的需求選擇最適合的建模方式；關聯(lián)性的單一數(shù)據(jù)庫，使大量零件的處理更加穩(wěn)定。除此之外，組立功能、2D 出圖功能、模具加工功能及與PDM 之間的緊密結(jié)合，使得 UG 在工業(yè)界成為一套無可匹敵的高階 CAD/CAM 系統(tǒng) [3]。2.2 Pro/E 軟件簡介 Pro/E（ Pro/Engineer 操 作 軟 件 ） 是 美 國 參 數(shù) 技 術 公 司 （ Parametric Technology Corporation， 簡 稱 PTC） 的 重 要 產(chǎn) 品 。 在 目 前 的 三 維 造 型 軟 件 領 域 中 占 有 著 重 要 地 位 ，并 作 為 當 今 世 界 機 械 CAD/CAE/CAM 領 域 的 新 標 準 而 得 到 業(yè) 界 的 認 可 和 推 廣 ， 是 現(xiàn) 今 最 成功 的 CAD/CAM 軟 件 之 一 [4]。Pro/E 第 一 個 提 出 了 參 數(shù) 化 設 計 的 概 念 ， 并 且 采 用 了 單 一 數(shù) 據(jù) 庫 來 解 決 相 關 性 的 問 題 。另 外 ， 它 采 用 模 塊 化 方 式 ， 用 戶 可 以 根 據(jù) 自 身 的 需 要 進 行 選 擇 ， 而 不 必 安 裝 所 有 模 塊 。Pro/E 的 基 于 特 征 方 式 ， 能 夠 將 設 計 至 生 產(chǎn) 全 過 程 集 成 到 一 起 ， 實 現(xiàn) 并 行 工 程 設 計 。 它 不但 可 以 應 用 于 工 作 站 ， 而 且 也 可 以 應 用 到 單 機 上 。Pro/E 采 用 了 模 塊 方 式 ， 可 以 分 別 進 行 草 圖 繪 制 、 零 件 制 作 、 裝 配 設 計 、 鈑 金 設 計 、加 工 處 理 等 ， 保 證 用 戶 可 以 按 照 自 己 的 需 要 進 行 選 擇 使 用 [5]。 　(1) 特 征 功 能如鈑金模塊、模具、三維設計、工程仿真及結(jié)圖、運動構(gòu)分析等。(2) Pro／ Engineer 軟 件 應 用 領 域 Pro／ Engineer 軟 件 已 廣 泛 應 用 于 電 子 、 機 械 、 工 業(yè) 造 型 、 航 空 航 天 、 家 電 等 領 域 。Pro／ E 集 零 件 設 計 、 裝 配 、 工 程 圖 、 鈑 金 件 設 計 、 模 具 設 計 、 NC 加 工 、 造 型 設 計 、 逆向 工 程 、 運 動 模 擬 、 分 析 等 于 一 體 ， 基 本 覆 蓋 了 產(chǎn) 品 加 工 的 全 流 程 。 其 功 能 強 大 ， 參 數(shù) 化特 征 造 型 使 其 占 據(jù) 的 三 維 設 計 領 域 的 軟 件 市 場 份 額 越 來 越 大 ， 尤 其 在 我 國 的 CAD／ CAM研 究 所 和 工 廠 得 到 了 廣 泛 應 用 [6]。(3) 國 內(nèi) 外 應 用 及 發(fā) 展 情 況目 前 ， 國 內(nèi) 有 不 少 科 研 單 位 已 經(jīng) 或 正 在 進 行 利 用 Pro/ENGINEER 進 行 二 次 開 發(fā) 的CAD 系 統(tǒng) 研 究 工 作 ， 不 過 對 于 這 些 系 統(tǒng) ， 在 機 械 方 面 的 設 計 比 較 多 ， 合 肥 工 業(yè) 大 學 進 行 了開 發(fā) Pro/ENGINEER 用 戶 化 菜 單 的 技 術 和 實 踐 方 面 的 研 究 ， 即 研 究 如 何 在 Pro/ENGINEER中 加 入 用 戶 自 定 義 的 菜 單 ； 合 肥 經(jīng) 濟 技 術 學 院 提 出 了 通 過 Pro/ENGINEER 二 次 開 發(fā) 來 利用 工 程 數(shù) 據(jù) 庫 進 行 特 征 造 型 的 方 法 ； 南 京 航 空 航 天 大 學 的 陳 辰 等 參 與 開 發(fā) 的 是 一 個 較 為 完整 的 軸 類 零 件 設 計 (三 維 模 型 )、 零 件 出 圖 、 零 件 加 工 (加 工 刀 軌 代 碼 生 成 )系 統(tǒng) ， 讓 一 些通 用 設 計 的 過 程 實 現(xiàn) 自 動 處 理 ， 以 減 輕 設 計 人 員 的 工 作 量 ； 北 方 交 通 大 學 機 械 與 電 子 工 程學 院 進 行 的 是 基 于 Pro/ENGINEER 的 內(nèi) 燃 機 車 三 維 標 準 件 庫 的 建 立 方 面 的 研 究 ， 該 系 統(tǒng) 采用 Pro/ENGINEER 為 平 臺 ， 利 用 其 強 大 的 參 數(shù) 化 造 型 技 術 和 二 次 開 發(fā) 模 塊Pro/TOOLKIT， 建 立 內(nèi) 燃 機 車 三 維 標 準 件 庫 ， 以 適 應 機 車 新 產(chǎn) 品 的 設 計 與 開 發(fā) ， 提 高Pro/ENGINEER 系 統(tǒng) 的 實 用 程 度 ； 清 華 大 學 精 儀 系 CIMS 中 心 則 提 出 基 于 Pro/ENGINEER系 統(tǒng) 開 發(fā) 面 向 并 行 工 程 的 CAD 系 統(tǒng) [7]。在 國 外 ， 新 加 坡 國 立 大 學 的 Wynne Hsu 等 人 ， 以 Pro/E 軟 件 為 平 臺 ， 通 過 C 語 言 編程 開 發(fā) 出 一 種 將 裝 配 設 計 分 析 與 產(chǎn) 品 的 概 念 設 計 相 結(jié) 合 的 系 統(tǒng) 。 系 統(tǒng) 通 過 五 大 模 塊 :設計 特 征 庫 、 分 析 模 塊 、 交 互 模 塊 、 搜 索 模 塊 和 裝 配 模 塊 ， 實 現(xiàn) 了 產(chǎn) 品 的 自 動 裝 配 。 國 外 由于 研 究 開 發(fā) 三 維 設 計 軟 件 的 時 間 較 長 ， 而 且 早 己 應 用 于 相 關 行 業(yè) ， 故 在 其 應 用 領 域 里 的 自主 開 發(fā) 技 術 已 經(jīng) 十 分 成 熟 和 完 善 [8]。3 優(yōu) 化 設 計3.1 優(yōu)化設計概況機械優(yōu)化設計應用的發(fā)展歷史，經(jīng)歷了由懷疑、提高認識到實踐收效，從而引起廣大工程界日益重視的過程。在 60～70 年代，計算機價格昂貴，優(yōu)化設計在應用實踐方面多數(shù)限于高等院校、研究所和少數(shù)大型企業(yè)中開展。從 70 年代到 80 年代，計算機價格大幅度下降，優(yōu)化設計應用的誘人威力，市場競爭日益激化，作為產(chǎn)品開發(fā)和更新的第一關是如何極大地縮短設計周期、提高設計質(zhì)量和降低設計成本已成為企業(yè)生存的生命線，從而引起廣大企業(yè)和設計師的高度重視。用優(yōu)化設計方法來改造傳統(tǒng)設計方法已成為競相研究和推廣并可帶來重大變革的發(fā)展戰(zhàn)略，優(yōu)化設計在設計領域中開拓了新的途徑 [9]。3.2 優(yōu)化設計的概念機械優(yōu)化設計是將機械工程的設計問題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)化問題，然后選擇適當?shù)淖顑?yōu)化方法，利用電子計算機從滿足要求的可行設計方案中自動尋找實現(xiàn)預期目標的最優(yōu)化設計方案。設計步驟：把實際機械設計問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學模型，然后根據(jù)數(shù)學模型的特性，選擇某種適當?shù)膬?yōu)化方法及其程序，通過電子計算機，求得最優(yōu)解 [10]。3.3 優(yōu)化方法的選擇根據(jù)優(yōu)化設計問題的特點，恰當選擇優(yōu)化算法是一個重要的問題。一般要對優(yōu)化問題數(shù)學模型的設計變量數(shù)、約束條件數(shù)、目標函數(shù)和約束函數(shù)的復雜程度等進行分析，并深人了解各種優(yōu)化方法的特點，才能作出恰當?shù)倪x擇。正確選擇優(yōu)化算法依照實踐經(jīng)驗和技巧，并遵循以下幾個原則：(1) 可靠性要好:算法的可靠性是指在合理的精度要求下，在一定計算時間或一定迭代次數(shù)內(nèi)，求解優(yōu)化問題的成功率，越高則可靠性越好。(2) 效率要高:算法的效率是指解題的效率，一般可用算法所用計算時間或計算函數(shù)的次數(shù)來衡量。如果目標函數(shù)和約束函數(shù)的數(shù)值計算比較復雜時，最好選用不計算梯度與海色矩陣的優(yōu)化方法，盡可能選用計算過程中調(diào)用函數(shù)值次數(shù)少的優(yōu)化方法。(3) 穩(wěn)定性要好:算法的穩(wěn)定性指遇到高度非線性的偏心率大的函數(shù)時，不會因為計算機字長截斷誤差迭代過程正常運行，而中斷計算過程 [11]。 3.4 Pro/E 在優(yōu)化設計方面的應用（1）定義設計參數(shù)。設計參數(shù)是零件在敏感度或做佳化設計研究期間用來控制模型形狀變更范圍的變量，Pro/M 通過變更設計參數(shù)來達到改變幾何形狀的目的。借助于 Pro/E 模型的全參數(shù)性、關聯(lián)性及兩者數(shù)據(jù)的無縫集成，Pro/M 可以方便提取到 Pro/E 參數(shù)作為優(yōu)化設計的設計參數(shù) [12]。（2）區(qū)域敏感度設計研究。Pro/E 通過計算在兩樣本點之間敏感度曲線的斜率的方法， `來繪制模型測量在跨越設計參數(shù)范圍的近似結(jié)果的曲線圖形 [13]。（3）全域敏感度設計研究。在 Pro/M 此項研究用來分析模型測量對設計參數(shù)在一定范圍內(nèi)改變引起的敏感性。Pro/M 通過計算在設計參數(shù)區(qū)間范圍內(nèi)的測量值來分析這種敏感效應[14]。（4）最佳化設計研究。在 Pro/M 中，最優(yōu)化設計研究通過調(diào)整一個或多個參數(shù)以使指定的設計目標達到最優(yōu)化，或者用來測試 一個設計方案在指定限制條件下的可行性 [15]。（5）批處理操作。（6）解釋最佳化設計研究結(jié)果。（7）更新零件。 4 我的研究課題掛 鉤 在 各 行 各 業(yè) 及 日 常 生 活 廣 泛 使 用 ， 本課題通過對掛鉤進行三維設計及仿真分析，解決掛鉤最優(yōu)化設計的問題，以達到減輕重量，降低成本的目的。參 考 文 獻[1] 張秉森．計算機輔助設計教程[M]．北京：清華大學出版社，2005.15~16．[2] 宋振會．UG NX4.0 工程制圖基礎教程[M]．北京：清華大學出版社，2002. 10~12．[3] 甘登岱．UG 基礎與應用精品教程[M]．北京：航空工業(yè)出版社，2007.5~6．[4] 黃傳勇 ．基于 Pro／ E 的 CAD／CAM 一體化技術研究 [J]． 機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2005，18(3)：110~112．[5] 詹友剛．Pro／ENGINEER 中文野火版教程[M]．北京：清華大學出版社，2003.86~88．[6] 王凱，曹西京．基于 Pro/E 的機械產(chǎn)品機構(gòu)運動的仿真設計[J]．輕工機械，2006，18(5)：28~30．[7] 李靜鋒，夏鯤，沈妍．基于 Pro /E 零件參數(shù)化設計[J]．機械研究與應用，2008，12(4) ：164~170．[8] 祝凌云，李斌．Pro／ENGINEER 運動仿真和有限元分析[M]．北京：人民郵電出版社，2004.69~73.[9] 王科社．機械優(yōu)化分析[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2007.3~6．[10] 高?。畽C械優(yōu)化設計基礎[M]．北京：科學出版社，2006.4~5．[11] 路海燕,楊兆建．二維軸承載荷傳感器彈性體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計[J]．機械工程與自動化，2008，14(4)：21~23．[12] 張繼春 ，徐斌．Pro/ENGINEER Wildfire 結(jié)構(gòu)分析[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2004.43~47．[13] 詹友剛．Pro／ENGINEER中文野火版3.0高級應用教程[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2006.574~582．[14] 二代龍震工作室．Pro／Mechanism／MECHANICA Wildifre2.0機構(gòu)／運動／結(jié)構(gòu)／熱力學分析[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2006.[15] 萬啟超，魏田和．Pro／ENGINEER Wildifre3.0結(jié)構(gòu)／熱／運動分析基礎與典型范例[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2006. 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：一、課題研究內(nèi)容掛鉤在各行各業(yè)及日常生活廣泛使用，本課題通過對掛鉤進行三維設計及仿真分析，解決掛鉤最優(yōu)化設計的問題，以達到減輕重量，降低成本的目的。二、研究途徑1、查閱相關資料，搜集關于掛鉤材料以及仿真分析的相關內(nèi)容。2、采用 Pro/E 軟件進行掛鉤的三維設計及仿真分析。 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告指導教師意見：1．對“文獻綜述”的評語：通過對文獻資料的查詢與總結(jié)，介紹了計算機輔助設計領域軟件如 Pro/E、UG 等的概況，其中重點介紹了 Pro/E 軟件的 CAE 模塊功能在國內(nèi)、外的應用情況和未來發(fā)展趨勢。文獻綜述基本反映了我國結(jié)構(gòu)設計業(yè)尤其是優(yōu)化設計方面的情況，為課題的研究作了先期準備。2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結(jié)果的預測：課題主要根據(jù)掛鉤進行三維設計及仿真分析，從生產(chǎn)商的角度解決掛鉤最優(yōu)化設計的問題。另外結(jié)合眾多企業(yè)已廣泛采用的 CAE 技術，完成一定的設計和優(yōu)化任務。課題具有較強的工程訓練性，塑件外形、結(jié)構(gòu)不太復雜，但課題涉及三維設計以及 CAE 等方面，涉及面較廣，有一定難度和工作量。根據(jù)該學生的現(xiàn)有基礎，再加上后期對 CAE 軟件的學習和設計期間的努力可以較好地完成課題設計任務。指導教師： 年 月 日所在專業(yè)審查意見：負責人： 年 月 日