刘译麟数字数字化设计与制造

数字化设计与制造数字化设计与制造院（部）： 应应用技用技术术学院学院 专业： 机械机械设计设计制造及其自制造及其自动动化化 班级： 1082 班 学号学号： 201013090212201013090212 学生姓名： 刘译麟刘译麟 2一、数字化是制造技术创新的基本手段一、数字化是制造技术创新的基本手段数字化改变了社会，改变了制造，改变了制造技术。从手工作业使用图板 到计算机二维绘图和加工，从三维设计到数字样机，由数字化工艺过程设 计到数字化制造、虚拟制造，从 CAD 应用到数字化企业（Digital Enterprise）的发展，使传统的制造发生了质的变革。数字化程度已经成为衡 量设计制造技术水平的重要标志。实践表明，数字化技术是缩短产品研制周期、 降低研制成本、提高产品质量的有效途径，是建立现代产品快速研制系统的基 础。 人类在世纪取得了令人瞩目的制造技术成果，其中 CAD/CAM 技术是突 破性创新成果，并由此孕育了先进制造技术。在先进制造技术的发展过程中， 有四项技术具有里程碑的性质，分别是技术、技术、智能技术和集 成技术。二、数字化制造与设计的意义与作用二、数字化制造与设计的意义与作用易于实现设计的并行化。相对与传统设计过程的串行化，数字化设计可以让一项设计工作 由多个设计队伍在不同的地域分头并行设计、共同装配，这在提高产品设计质量与速度方 面具有重要的意义。 可精确地预测和评价产品的可制造性、加工时间、制造周期、生产成本、零件 的加工质量、产品质量和制造系统运行性能零件和产品的可制造性分析、生产 规划与工艺规划的评价与确认、敏捷企业和分散化网络生产系统中合作伙伴的 选择、生产过程和制造系统设计与优化网上制造资源的查询与优选低成本的人 员培训工具。三、数字化设计的基本方法三、数字化设计的基本方法这个学期主要学习了七种分析方法：运动仿真分析、有限元分析、疲劳分析、优化设 计、动力分析、热分析、接触分析等。学习这些方法，个人认为已经具备了一定的 CAD/CAM的基础，可以利用系列件、标准件、借用件、外购件来完成设计。在PDM的环境 下进行数字化制造。1. 运动仿真分析、此次实验以连杆机构运动仿真模型例进行了具体的运动学及动力学参数 分析，使我们深刻了解了采用三维软件进行运动学及动力学参数分析的 计算机辅助方法。借助于 UG 的 Motion 功能，能够有效地分析机构运动 过程中的运动特性和规律。这使得机械设计工程师从复杂的理论计算中 解放出来，将更多的精力放在优化设计及结构设计上，具有一定的实用 价值。另外，通过三维软件仿真分析，可以得出正确的理论数据和曲线，3给予我们作结构设计及优化设计提供了理论基础和条件。2. 有限元分析、有限元分析法（FEA）已应用得非常广泛，现已成为年创收达数十亿美元 的相关产业的基础。即使是很复杂的应力问题的数值解，用有限元分析的常规 方法就能得到。此方法是如此的重要，以至于即便像这些只对材料力学作入门 性论述的模块，也应该略述其主要特点。 不管有限元法是如何的卓有成效，当 你应用此法及类似的方法时，计算机解的缺点必须牢记在心头：这些解不一定 能揭示诸如材料性能、几何特征等重要的变量是如何影响应力的。一旦输入数 据有误，结果就会大相径庭，而分析者却难以觉察。所以理论建模最重要的作 用可能是使设计者的直觉变得敏锐。有限元程序的用户应该为此目标部署设计 策略，以尽可能多的封闭解和实验分析作为计算机仿真的补充。 在实践中，有限元分析法通常由三个主要步骤组成：1、前置处理：用户需建立物体待分析部分的模型，在此模型中，该部分的 几何形状被分割成若干个离散的子区域或称为“单元”。各单元在一些称为 “结点”的离散点上相互连接。这些结点中有的有固定的位移，而其余的有给定 的载荷。准备这样的模型可能极其耗费时间，所以商用程序之间的相互竞争就 在于：如何用最友好的图形化界面的“预处理模块”，来帮助用户完成这项繁琐 乏味的工作。有些预处理模块作为计算机化的画图和设计过程的组成部分，可 在先前存在的 CAD 文件中覆盖网格，因而可以方便地完成有限元分析。 2、分析：把预处理模块准备好的数据输入到有限元程序中，从而构成并求 解用线性或非线性代数方程表示的系统 u 和 f 分别为各结点的位移和作用的外 力。矩阵 K 的形式取决于求解问题的类 3、后置处理，用户需仔细地研读程序运算后产生的大量数字，即 型，本模 块将概述桁架与线弹性体应力分析的方法。商用程序可能带有非常大的单元库， 不同类型的单元适用于范围广泛的各类问题。有限元法的主要优点之一就是： 许多不同类型的问题都可用相同的程序来处理，区别仅在于从单元库中指定适 合于不同问题的单元类型。 2 前置处理是建立有限元模型，完成单元网格划分；后置处理则是采集处理 分析结果，使用户能简便提取信息，了解计算结果。3. 疲劳分析、疲劳是指结构在低于静态极限强度载荷的重复载荷作用下，出现断裂破坏的现 象。例如一根能够承受 300 KN 拉力作用的钢杆，在 200 KN 循环载荷作用下， 经历 1,000,000 次循环后亦会破坏。导致疲劳破坏的主要因素如下： 1、 载荷的循环次数；2、每一个循环的应力幅；3、每一个循环的平均应力；44、存在局部应力集中现象。2、优化设计、多学科设计优化（MDO）是一种通过充分探索并利用工程系统中各学科间 相互作用的协调机制来设计复杂系统和子系统的方法论。它在设计过程中 考虑各学科间的耦合作用，平衡各学科间的冲突，利用多学科优化方法与 优化算法来寻求系统最优解，从而提高产品质量、缩短研制周期。复杂产品的设计优化问题可能包括多个优化目标和分属不同学科的约束条 件。现代的多学科设计优化技术为解决学科间的冲突，寻求系统的全局最 优解提供了可行的技术途径。目前该技术在国外已经有了许多成功的案例， 例如空中客车公司利用 MDO 技术对 A380 机翼进行优化，使飞机起飞质 量减轻了 1590 公斤；GE 公司利用 MDO 技术在两个月内完成 GE90 涡 扇发动机的改进设计，最终在保证性能的情况下使每台 GE90 发动机质量 减轻 113 公斤，成本降低 25 万美元。此外，在第三代飞机 F-16、F/ A- 18EPF 的改进以及第四代飞机 F-22 的设计中，均不同程度地采用了多学 科技术，取得了较好的效果。典型的基于虚拟样机的多学科优化平台如图 4 所示。该平台基于多学科并 行设计思想，利用现有的支撑软件，依据初始设计方案进行数字化设计， 通过引入专家系统来扩大数字化模型的参数提取和知识描述能力，基于商 用软件接口，将现有的 CAD/CAE 软件同多学科优化技术集成起来。利用 商用 CAD 软件的参数化造型技术建立产品实体模型，经过网格划分、边界条件定义、CAE 软件求解、后处理和工作状态验证，获得改进的设计方案。3、动力分析、结构动力学研究的是结构在随时间变化载荷下的响应问题，它与静力分析的主要 区别是动力分析需要考虑惯性力以及运动阻力的影响。动力分析主要包括以下 5 个部分： 模态分析：用于计算结构的固有频率和模态。 谐波分析（谐响应分析）：用于确 定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。 瞬态动力分析：用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，并且可涉 及上述提到的静力分析中所有的非线性性质。 谱分析：是模态分析的应用拓广，用于计算由于响应谱或 PSD 输入（随机振动） 引起的应力和应变。54、热分析、物质在温度变化过程中，往往伴随着微观结构和宏观物理、化学等性质的变化， 宏观上的物理、化学性质的变化通常与物质的组成和微观结构相关联。通过测量 和分析物质在加热或冷却过程中的物理、化学性质的变化，可以对物质进行定性、 定量分析，以帮助我们进行物质的鉴定，为新材料的研究和开发提供热性能数据 和结构信息。 热分析方法是利用热学原理对物质的物理性能或成分进行分析的总称。根据国际 热分析协会 对热分析法的定义：热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质随温度变 化的一类技术。所谓“程序控制温度”是指用固定的速率加热或冷却，所谓“物 理性质”则包括物质的质量、温度、热焓、尺寸、机械、升学、电学及磁学性质 等。 经过数十年的快速发展，热分析已经形成一类拥有多种检测手段的仪器分析方法， 它可用于检测的物质因受热而引起的各种物理、化学变化，参与各学科领域中的 热力学和动力学问题的研究，使其成为各学科领域的通用技术，并在各学科间占 有特殊的重要地位。5、接触分析接触问题是一种高度非线性行为，需要较大的计算资源，为了进行实为有 效的计算，理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。 接触问题存在两个较大的难点：其一，在你求解问题之前，你不知道接触 区域，表面之间是接触或分开是未知的，突然变化的，这随载荷、材料、边界 条件和其它因素而定；其二，大多的接触问题需要计算摩擦，有几种摩擦和模 型供你挑选，它们都是非线性的，摩擦使问题的收敛性变得困难。四、结束语数控设备的引进和应用，对精确加工高精度产品提供了强有力的保障。同样， 先进制造技术及：r 艺应用在生产实际中，也是非常重要的，只有两者都具备， 才能加丁出合格的高精度产品。上述探讨的加工方法，夹持安全可靠、刀具选 择合理、精加工与粗精加丁分工明显，使之用最短的加工轨迹和切削时间，快 速精确地加工出产品，同时，也为卧式加工中心切削类似箱体提供一个工艺参 考。 6五、参考文献UG NX 7.5 完全自学手册 博创设计坊 组编 机械工业出版社数字化设计制造技术基础 杨海成 主编 西北工业大学出版社