活塞结构CAD/CAE软件的研究

详细内容

“活塞计算机模拟分析软件”的研制,是山东活塞厂承接的国家科委“九五”攻关专题中的一个子项目,历经二年多的努力,已经开发完成,正在我厂投入运行,效果显著。该软件通过UG软件二次开发工具(UFUN和GRIP语言等),进行活塞的参数计算,快速建立活塞组件的三维模型,转换为有限元分析模型,完成活塞结构的有限元分析,从而提高活塞的设计与分析的质量和效率。

1　软件功能

“活塞计算机模拟分析软件”是根据活塞产品的设计特点和企业的经验积累,经过工程技术人员的系统分析、总结和艰辛努力,企业独立承担并自行设计完成的。首先,建立了发动机性能参数数据文件和国内外典型的活塞设计参数数据文件,奠定了活塞设计的基础;其次,充分发挥UGIICAD/CAE/CAM软件先进的特征三维造型功能和优秀的二次开发平台,实现活塞组件的三维特征数据模型;最后,将活塞的有限元分析技术有机地结合进软件中,形成了活塞结构设计、三维特征造型、有限元评价三位一体的活塞计算机模拟分析软件。此软件主要由以下三部分组成:

1.1　活塞结构设计

完成发动机参数的录入、活塞结构参数的计算以及国内外典型活塞数据的录入、修改、删除等数据库管理工作。

1.2　活塞组三维造型

首先,参照设计标准,完成活塞主体、销孔、燃烧室、环槽等活塞体素的三维造型,产生活塞整体三维特征数据模型;其次,完成镶钢片、镶铁环、活塞销、连杆等三维特征数据模型;最后,完成整个活塞组件的三维特征数据模型。

1.3　活塞有限元分析

完成分析模型的简化,材料特性值的输入,实体网格的自动划分以及载荷的输入工作;完成活塞温度场、热负荷、机械负荷的分析计算工作;完成活塞温度场、热负荷、机械负荷分析结果的评价工作。

2　软件设计

软件设计包括软件的总体设计、对话界面设计、参数数据库的设计、活塞的结构计算、活塞组件的三维特征设计以及活塞的有限元分析评价等方面。软件设计的主要工作,由UGII软件的GRIP和UFUN开发语言完成,活塞结构计算、数据库的管理、建立三维模型和活塞组件装配等模块的程序结构区别较大,难以综合描述。现以建立活塞体素模型的模块为例,加以说明。

2.1　源程序结构

＄＄Programname:piston　model.grs
＄＄Declaration
　gripsw/declrv
string/p　code(11),p　name(20)
number/resp
　　＄＄Initialize
submdl=‘pistonmodelclassname‘
subject=‘pistonmodelname‘
＄＄Createtemporaryvariables
＄＄Readthedefaultpointerfile
fetch/txt,1,temp(1),iferr,halt:
read/1,iferr,halt:,p　code,p　name
fterm/txt,1,iferr,halt:
＄＄Closeallpartfiles
fterm/part,all,iferr,halt:
step1:
＄＄Checkwhetherthereisapiston　model
errstr=‘Unknownerror‘
grargs/f　name,f　type,errstr,re　code,iferr,halt:
xspawn/ufun,ufun　tmp
＄＄Createapistonmodel
…
…
halt:
＄＄Done
halt

2.2　程序流程图

程序流程图如图1所示。

3　软件操作

以一种自行设计的活塞为例,将该软件的应用过程描述如下:开始→输入发动机参数→计算活塞结构参数→活塞体素的三维造型→产生活塞整体模型→活塞销等的三维造型→产生活塞组件模型→输入活塞组材料特性值→有限元网格划分→施加活塞载荷→有限元分析计算→有限元分析结果评价→结束。

4　软件特点

　　根据活塞的结构特点,选用高水准的开发应用平台,充分发挥UG软件的综合优势,力求做到高效而实用。在设计中,主要运用了以下几项关键技术:

4.1　设计平台

以HP700系列工作站和UGIIV11CAD/CAE/CAM软件为该软件设计平台,应用GRIP和USER-FUNCTION语言作为二次开发工具;选用HP-UX10.1汉化版,实现活塞体素命名、菜单名称和提示汉字化。

4.2　用户界面设计

软件主菜单用USERTOOLS工具开发完成,菜单的图形和汉字双重提示,