基于Isight的機床結(jié)構(gòu)CAD/CAE集成優(yōu)化方法研究
在多學(xué)科優(yōu)化集成軟件Isight 環(huán)境中,綜合應(yīng)用SolidEdge 參數(shù)化建模功能和ANSYS 有限元分析功能,建立一種面向數(shù)控機床的CAD/CAE 集成優(yōu)化設(shè)計框架。提出了采用優(yōu)化拉丁超立方抽樣試驗設(shè)計、響應(yīng)面近似模型建模以及智能優(yōu)化方法,以某臥式加工中心Z 向進(jìn)給系統(tǒng)為研究對象,進(jìn)行了CAD/CAE 集成優(yōu)化應(yīng)用驗證,并對滑座的幾何尺寸參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,結(jié)果表明提出的集成優(yōu)化方法是可行的。
引言
隨著CAD/CAE 理論和計算機技術(shù)的高速發(fā)展,數(shù)值模擬技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注。通過CAD、CAE 乃至CAPP、CAM的集成,構(gòu)建面向現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計的協(xié)同工作環(huán)境,可節(jié)約花費在模型修改和重建上的時間和精力,尤其有助于機床等大型復(fù)雜機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。針對大型機械結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化問題,需要在計算機上進(jìn)行大量計算仿真分析。考慮到直接利用優(yōu)化算法,不僅迭代次數(shù)較多而且不易收斂,為了有效避免高強度仿真計算,減少迭代時間,有必要借助近似方法建立優(yōu)化模型。首先基于試驗設(shè)計等抽樣技術(shù)獲得樣本數(shù)據(jù),進(jìn)而驅(qū)動CAD 修改結(jié)構(gòu)模型,結(jié)合CAE 提取一系列的結(jié)構(gòu)分析響應(yīng)值,利用回歸、擬合、插值等方法創(chuàng)建仿真程序的近似模型,最后選用優(yōu)化算法對近似模型進(jìn)行求解。
本文引入由達(dá)索系統(tǒng)SIMULIA 公司推出的多學(xué)科優(yōu)化集成軟件Isight 進(jìn)行數(shù)控機床結(jié)構(gòu)性能集成優(yōu)化設(shè)計的研究工作。基于Isight 強大的多學(xué)科流程集成能力和全面的設(shè)計優(yōu)化算法庫,綜合應(yīng)用SolidEdge 參數(shù)化建模功能和ANSYS 有限元分析功能,對構(gòu)建機床結(jié)構(gòu)CAD/CAE 集成優(yōu)化系統(tǒng)的方法進(jìn)行了研究。以某臥式加工中心Z 向進(jìn)給系統(tǒng)為例,基于Isight 進(jìn)行了CAD/CAE 的集成開發(fā),將參數(shù)化實體模型和有限元分析集成在一起,實現(xiàn)仿真流程的自動化,并在此集成環(huán)境下對滑座的幾何尺寸參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。
1、CAD/CAE 集成優(yōu)化方法
本文綜合應(yīng)用CAD 參數(shù)化建模功能和CAE 分析功能,實現(xiàn)了CAD/CAE 的集成和自動計算,采用試驗設(shè)計、響應(yīng)面近似模型以及智能優(yōu)化算法,實現(xiàn)了CAD/CAE 的集成優(yōu)化。具體的集成優(yōu)化流程如圖1 所示。
圖1 機床結(jié)構(gòu)的CAD/CAE 集成優(yōu)化流程圖
1.1、SolidEdge 集成開發(fā)
SolidEdge 采用標(biāo)準(zhǔn)的ActiveX 自動化和組件對象模型( COM) 技術(shù),為廣大用戶提供了多種二次開發(fā)的途徑。用戶可以根據(jù)自身需要,方便地擴展SolidEdge 的功能或集成SolidEdge 功能到用戶的應(yīng)用程序中。為了實現(xiàn)CAD 參數(shù)化建模功能,本文通過編寫vbs 文件對SolidEdge 實體模型的變量表進(jìn)行操作,實現(xiàn)零件的參數(shù)化建模以及裝配體的自動裝配,并將更新后的裝配體導(dǎo)出為Parasolid 格式文件。
3、結(jié)束語
基于多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化平臺Isight,通過對Solid-Edge 和ANSYS 的二次開發(fā),實現(xiàn)了仿真流程的自動化。綜合試驗設(shè)計、響應(yīng)面近似模型以及智能優(yōu)化算法,提出了一種機床結(jié)構(gòu)CAD/CAE 集成優(yōu)化方法。以某臥式加工中心Z 向進(jìn)給系統(tǒng)為例,實現(xiàn)了滑座的尺寸優(yōu)化,驗證了所提優(yōu)化方法的可行性。
本文提出的CAD/CAE 集成系統(tǒng)的思想,可推廣到不同的CAD 和CAE 軟件環(huán)境,可廣泛用于多目標(biāo)的工程優(yōu)化問題。如何在此集成系統(tǒng)的基上搭建其他分析工具,做到最大限度地綜合利用各個分析工具的優(yōu)勢以滿足對不同性能的預(yù)測和評估,在后續(xù)工作中有待進(jìn)一步完善。