一個(gè)有效的CAE分析政拾，必須快速有效的建立有限元模型嫁料，而有限元模型的建立效率和質(zhì)量很大程度上取決于你的CAD幾何擒欢，如何快速地獲取CAD幾何路学，不是靠一般的有限元前處理器自帶的可憐的實(shí)體建模工具，而是直接從CAD系統(tǒng)獲取幾何源盒件，這一方面避免了重復(fù)建模蹬碧，另一方面保證了設(shè)計(jì)與分析的一致性或叫CAD/CAE協(xié)同。所以現(xiàn)在的CAE前處理軟件都提供了與CAD的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口：有能直接讀取CAD原始文件格式的直接接口(如UG、Pro/E的.prt恩沽、CATIA的model誊稚、CATPart等)，也有通過通用的中間數(shù)據(jù)格式(如：Parasolid罗心、Acis里伯、 STEP、VDA等)渤闷。是不是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的問題解決了疾瓮，其實(shí)不然，許多客戶都在抱怨肤晓，化了很多錢買來了一大堆CAD接口爷贫，卻還要為糟糕的模型花費(fèi)很多的時(shí)間和精力來修補(bǔ)CAD幾何。分析人員總在抱怨設(shè)計(jì)人員制作的CAD模型質(zhì)量太差补憾，有時(shí)甚至引起了設(shè)計(jì)部門和分析部門的扯皮惯篇。而且事實(shí)上，一般CAE前處理提供的CAD轉(zhuǎn)換接口都有以下兩個(gè)弱點(diǎn)：

　　1. 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換非常耗時(shí)忱厨。一個(gè)復(fù)雜的CAD模型往往要花費(fèi)幾十分鐘辱囤、甚至幾小時(shí)的時(shí)間。

　　2. 轉(zhuǎn)換過來的模型質(zhì)量差鲤瞪。經(jīng)常會(huì)發(fā)生模型中的面丟失牢介，甚至只流下輔助線，從而導(dǎo)致重復(fù)勞動(dòng)揉拯。據(jù)統(tǒng)計(jì)泳厌，分析人員有50%-70%的時(shí)間化在重復(fù)勞動(dòng)上。

　　CAD/CAE數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題的類型和起因

　　引起數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題主要起因有以下五類液斩，而在許多情況下起驱，它們之間又相互重疊和相互關(guān)聯(lián)。

　　1. 結(jié)構(gòu)上的

　　結(jié)構(gòu)問題關(guān)心模型的外形谤赛、實(shí)體是否被正確定義和相互關(guān)聯(lián)鹊获，例如，一個(gè)應(yīng)該是三維實(shí)體的模型在目標(biāo)應(yīng)用中可能只有面了(甚至更糟追城，只有線框)刹碾，這些問題可能是由于使用了不同的建模器(線框、曲面座柱、實(shí)體或混合)迷帜，或是由于在從源系統(tǒng)輸出過程中沒有被充分理解造成的。

　　模型在原始CAD系統(tǒng)中是一個(gè)實(shí)體零件色洞，而在輸出到下游的FEA應(yīng)用時(shí)已沒有了實(shí)體定義而在文件中只留下了輔助線戏锹。而通常的CAD接口只能按一個(gè)按鈕(至多只有幾個(gè)選項(xiàng))

　　此時(shí)分析人員只能自己辨認(rèn)和提取實(shí)體模型茶鉴，或許準(zhǔn)備從草圖開始重新生成分析用的零件模型，對(duì)這個(gè)零件進(jìn)行重建也許很容易景用，但是從用戶質(zhì)量保證(QA)的角度來講他能接受嗎?更重要的是，對(duì)于一個(gè)像發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體這樣的大型復(fù)雜零件來講是不切實(shí)際的惭蹂，在這個(gè)例子中伞插，數(shù)據(jù)交換是沒問題的，所有數(shù)據(jù)被輸出到文件中盾碗，也沒有報(bào)告數(shù)據(jù)交換出錯(cuò)信息媚污，但這些數(shù)據(jù)對(duì)接受者不可用。

　　2.精度

　　這或許許多數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題的最主要起因廷雅，原因是不同的幾何建模核心或者以一種固定的容差范圍皿掂、或者提供一種變?nèi)莶钅芰Γ沟糜脩艨梢愿鶕?jù)自己的工作確定需要的精度唆逻。

　　有些系統(tǒng)采用絕對(duì)容差般供，如0.005mm或0.01mm，而另外一些系統(tǒng)采用相對(duì)模型尺寸的容差唇墅，如模型尺寸的10-4倍;還有一些針對(duì)不同的單位制采用不同的容差栅告，而別的根本不考慮單位!

　　它帶來的影響是，在一個(gè)較寬松的建模系統(tǒng)中可以很好表示的模型特奇，在一個(gè)接受系統(tǒng)中由于容差太大而破損域抚，這些實(shí)體看起來是不相連的，甚至超出所需容差限剧么，還有嚴(yán)重的設(shè)計(jì)意圖(design intent)問題涵蔓，在一個(gè)系統(tǒng)中存在一條短的邊或一個(gè)小的面，但是在一個(gè)下游的接受系統(tǒng)中由于一個(gè)較大的容差把它吞噬掉了苫治。

　　3.現(xiàn)實(shí)性

　　典型的現(xiàn)實(shí)性問題是關(guān)于一個(gè)模型是否符合實(shí)際情況和有限元分析上能否劃分網(wǎng)格滋遗，這樣的問題通常反映在CAD模型中的特征問題，如刀棱邊颜说、細(xì)長(zhǎng)面购岗、帶內(nèi)部缺陷的實(shí)體、實(shí)體中的裂紋和緊箍面(材料厚度趨于0)等 门粪。

　　問題的起因可能是用戶或系統(tǒng)本身喊积，可能是在進(jìn)行布爾操作時(shí)實(shí)體位置錯(cuò)位留下一條細(xì)邊，或發(fā)動(dòng)機(jī)模型上打孔時(shí)由于延伸太遠(yuǎn)而在汽缸壁上切下一個(gè)鉆孔縫玄妈。CAD系統(tǒng)失效也會(huì)產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)性問題乾吻，如，一個(gè)實(shí)體建模操作的失敗拟蜻，可能會(huì)留下一個(gè)復(fù)制品绎签，一個(gè)帶缺陷的實(shí)體枯饿。

　　4.系統(tǒng)局限性

　　CAD系統(tǒng)和它基于的建模核心從容差要求、數(shù)學(xué)描述和幾何復(fù)雜度來講诡必，具有不同的能力和復(fù)雜度層次 奢方。

　　一個(gè)能生成高精度通用3D曲面的CAD系統(tǒng)通常會(huì)用上千個(gè)點(diǎn)來高度定義的曲面，這樣的曲面在模型尺寸上會(huì)很大而且費(fèi)時(shí)爸舒，有時(shí)會(huì)很難給下游使用蟋字。

　　通常發(fā)現(xiàn)許多非常復(fù)雜的幾何在接受系統(tǒng)允許的容差范圍內(nèi)，可以被簡(jiǎn)化成基本曲面材又，如平面枫须、柱面、錐面和球面药屠，圖7展示了一個(gè)被過度定義的曲面在允許的容差條件下可以用一種更基本的定義來描述新俗。

　　還有對(duì)模型復(fù)雜讀可接受的程度，在系統(tǒng)區(qū)分無效幾何定義的標(biāo)準(zhǔn)上會(huì)有所不同崇旺，一個(gè)最能說明問題的例子是技術(shù)上無效的由3條邊生成的退化NURBS曲面都鸳，有些系統(tǒng)能生成這樣的實(shí)體，而有的系統(tǒng)則拒絕生成皱蝙，還有的系統(tǒng)盡管不允許悉通，為了防止生成這樣的面，生成一個(gè)扭曲的四條邊的曲面!

　　在復(fù)雜度問題上別的差別是面和邊的連貫性矮层，在某個(gè)特定的CAD系統(tǒng)中是否認(rèn)為是不連續(xù)的滤填。一個(gè)曲面在某個(gè)系統(tǒng)中可能是好的，但在下游系統(tǒng)中可能發(fā)現(xiàn)不連貫性晓言，由此導(dǎo)致轉(zhuǎn)換出錯(cuò)或應(yīng)用失敗认扼，比如在一個(gè)不連續(xù)的面上劃分網(wǎng)格是不可能的。

　　在當(dāng)今的“寬容”建模器和別的系統(tǒng)之間的差別也是問題的起源重贺，有可能在一個(gè)寬松系統(tǒng)中建立的有效模型可以在基于相同建模內(nèi)核的系統(tǒng)間完全轉(zhuǎn)換骑祟，而一旦模型輸出到這個(gè)寬松環(huán)境外的系統(tǒng)時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的問題。

　　5.轉(zhuǎn)換和自動(dòng)化

　　在任何一種轉(zhuǎn)換方式中數(shù)據(jù)都有可能被曲解和錯(cuò)誤轉(zhuǎn)換气笙，對(duì)于CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)如IGES和STEP次企，在所有的系統(tǒng)中實(shí)際使用時(shí)各不相同，它們會(huì)有自己的解釋潜圃、模糊的描述缸棵，有時(shí)是不正確的實(shí)體，系統(tǒng)對(duì)給定標(biāo)準(zhǔn)下對(duì)實(shí)體的支持度也千差萬別谭期。所以這些會(huì)引起轉(zhuǎn)換過程中潛在的問題堵第，尤其是在完全自動(dòng)化的過程中。

　　一個(gè)極好的比喻是語言翻譯隧出，拿一篇文章給三位翻譯者去翻踏志，就可能是三篇不同的文章阀捅，他們包含同樣的信息，有或多或少的翻譯貼切問題针余，但沒有一個(gè)人能精確表達(dá)原文的意思芳倒。

　　除了這些，一個(gè)完全自動(dòng)的過程總會(huì)產(chǎn)生‘垃圾進(jìn) – 垃圾出’的情況标宪，CAD轉(zhuǎn)換器還沒有到這樣智能的程度適應(yīng)任何別的程序牌度。

　　基本上，所有的系統(tǒng)在某些方面不盡相同驱香，這意味著有很大的可能性產(chǎn)生協(xié)同性問題，出現(xiàn)在下游應(yīng)用中怨瑰。

　　展示的是關(guān)于現(xiàn)實(shí)性示奉、精度和系統(tǒng)相關(guān)的協(xié)同性問題，一個(gè)簡(jiǎn)單的CAD零件似乎被成功地在兩個(gè)系統(tǒng)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換惨琼，沒有警告皇铝、出錯(cuò)和失敗提示，下游的有限元分析師試圖對(duì)這個(gè)零件進(jìn)行網(wǎng)格劃分涧馋，但失敗了锡胡，這意味著將化大量的時(shí)間去解決這個(gè)協(xié)同性的問題。

　　在這個(gè)例子中問題的起因是有一個(gè)很小的特征面蚜懦，極有可能在原始系統(tǒng)中在進(jìn)行布爾連接操作時(shí)造成的绘雁，這個(gè)小的特征在原來的CAD系統(tǒng)中按其容差范圍是完全可以接受的，而下游用戶則面臨著如何去除這條邊援所，盡管從相對(duì)尺寸來講是可以接受的庐舟，但會(huì)引起其它情況，帶來設(shè)計(jì)意圖問題住拭。

　　數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題的解決方案

　　就像別的嚴(yán)重問題一樣挪略，有兩種可能的解決辦法：防止和治療。防止的措施有兩個(gè)滔岳，首先杠娱，正確引導(dǎo)那些負(fù)責(zé)創(chuàng)建數(shù)據(jù)的人正確理解需求和這些數(shù)據(jù)可能的應(yīng)用情況，其次谱煤，提供一些工具在引起嚴(yán)重問題之前自動(dòng)設(shè)別那些可能出現(xiàn)的問題;治療就是通過一種具備模型修補(bǔ)能力的轉(zhuǎn)換工具解決模型導(dǎo)入問題摊求。

　　1.從CAD源頭進(jìn)行防止

　　‘現(xiàn)實(shí)性’問題通過用戶的細(xì)心建模、模型質(zhì)量檢查以及指定一定規(guī)范的流程和程序在一開始就防止生成一些不合實(shí)際的特征等方法加于避免趴俘，隨著CAD軟件的不斷進(jìn)步睹簇、修補(bǔ)程序中的缺陷、 程序更加健壯寥闪，就會(huì)減少建模過程中失效和不希望的缺陷太惠。

　　‘系統(tǒng)’問題也在被改進(jìn)钮药，現(xiàn)在的軟件正朝相互能理解的方向發(fā)展，大家更注意對(duì)方的特殊要求逼读，但似乎能存在問題尺果，即使所有的CAD系統(tǒng)基于同樣的建模內(nèi)核，所有軟件共享數(shù)據(jù)格式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息青先，系統(tǒng)問題在一段時(shí)間內(nèi)仍將存在捌秩。

　　‘精度’問題仍是最嚴(yán)重的問題，因?yàn)樗苷麄€(gè)軟件的框架所制約委鸯，除非你改變軟件的整個(gè)框架體系脓大，或者采用一種新的建模內(nèi)核，而這又要從商業(yè)角度考慮菲国。

　　2.CAD模型質(zhì)量檢查

　　其實(shí)許多嚴(yán)重的下游問題起因于CAD中似乎微不足道的小的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤过桌，比如，由布爾操作產(chǎn)生的一個(gè)小錯(cuò)誤就可能會(huì)生成一個(gè)很小的幾何射屿，而它會(huì)引起網(wǎng)格算法和刀具路徑生成器產(chǎn)生錯(cuò)誤诚摹，但事實(shí)上在CAD系統(tǒng)中這完全是合理的。這樣的錯(cuò)誤是太容易發(fā)生了在設(shè)計(jì)中可能很難避免殴胧。

　　首先可以使用在源CAD系統(tǒng)中提供的模型質(zhì)量和設(shè)計(jì)檢查工具渗稍，這些檢查工具可以是批處理方式運(yùn)行或在CAD模型上生成圖示化的檢查報(bào)標(biāo)示出所有用戶認(rèn)為可能引起協(xié)同性問題的設(shè)計(jì)問題。

　　像一些短的邊团滥、狹長(zhǎng)面和差的面如果在早期能識(shí)別的話就可以被糾正竿屹，通過上游用戶的簡(jiǎn)單重復(fù)工作可以大大改進(jìn)下游接收數(shù)據(jù)的質(zhì)量，研究表明灸姊，如果有合適的質(zhì)量檢查工具在上游被使用的話羔沙，就可以減少下游用戶10%的重復(fù)工作量。

　　為了防止更多可能在下游應(yīng)用中可能引起的問題厨钻，可以實(shí)施一種CAD模型質(zhì)量檢查機(jī)制扼雏，普信公司提供專門針對(duì)此類問題的解決方案，通過常規(guī)的診斷檢查可以清楚地了解有那些錯(cuò)誤發(fā)生和由誰造成的夯膀。

　　在模型檢查中關(guān)心的其他焦點(diǎn)是減小CAD文件大小诗充，有質(zhì)量問題的模型通常會(huì)耗掉大量?jī)?nèi)存，通過這些檢查可以發(fā)現(xiàn)由于采用不合理建模方法引起的問題诱建，甚至有些就是由于建模器本身造成蝴蜓，所以，通過質(zhì)量檢查可以給CAD開發(fā)商反饋一些有價(jià)值的信息武骆，讓他們對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)榛舍。

　　3.修復(fù)和修補(bǔ)

　　盡管你在上游應(yīng)用中使用了CAD質(zhì)量檢查工具來避免一些協(xié)同性問題，但仍有許多問題存在硝锨，如在前面已討論過交換過程本身的耽慌、自動(dòng)化和轉(zhuǎn)換中的問題卢圈。依靠這種自動(dòng)的非交互的交換工具有時(shí)會(huì)事情變得更糟，會(huì)使用戶無所適叢辅任。

　　解決的辦法是采用一種數(shù)據(jù)交換工具借衅，它能提供一種結(jié)合強(qiáng)大交互幾何修補(bǔ)和操作的工具和服務(wù)的智能化的自動(dòng)模型處理手段。

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