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基于信息元理论的船用柴油机CAD/CAE一体化关键技术研究

作　者: 陈琳
导　师: 景旭文
学　校: 江苏科技大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: CAD/CAE 船用柴油机一体化信息元
分类号: U664.121
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在激烈的市场竞争条件下，船用柴油机 CAD/CAE 一体化快速设计对于船舶企业提高产品质量、缩短研发周期、降低产品成本具有重要的意义。本文以国防基础科研课题“基于XXX系统多学科集成优化设计理论与方法研究”为背景，在对国内外CAD/CAE技术研究现状进行分析和总结的基础上，总结了船用柴油机关键件设计的特点，构建了船用柴油机关键件快速设计系统平台的总体结构框架，对实现船用柴油机关键件CAD/CAE一体化快速设计所涉及的若干关键技术和理论进行了研究。最后在Visual Basic环境下开发了船用柴油机关键件快速设计软件系统，以帮助设计工程师快速、规范地进行产品设计分析。论文主要研究内容有:（1）从船用柴油机关键件设计特点入手，分析了船用柴油机关键件快速设计系统平台的功能需求，提炼了船用柴油机关键件快速设计技术流程，并构建了船用柴油机关键件快速设计软件系统的总体结构框架，提出了基于信息元理论的产品信息划分与建模、面向信息元模型的产品设计分析集成、基于信息元模型的产品设计过程重用等三大技术，为船用柴油机关键件快速设计系统平台的实现奠定了理论基础。（2）针对船用柴油机CAD/CAE集成设计时涉及到复杂的模型和数据信息，提出基于信息元理论的产品数字化信息建模方法实现信息的有效组织与重用，结合船用柴油机关键件曲轴连杆机构，对基于信息元理论的产品信息建模内涵、方法等进行了较为详细的阐述。（3）针对船用柴油机关键件多学科综合分析中的学科分析几何模型数据一致性问题和分析协同问题，本文提出采用面向信息元模型的主模型技术，以解决CAD与CAE之间的信息数据交流，并结合活塞实例对主模型技术方法等进行了阐述；通过构建分析矩阵对多学科分析任务进行规划，实现了产品多个学科的协同分析。最后，以柴油机曲轴连杆机构的集成设计分析为例验证了方法的可行性。（4）针对柴油机关键件的快速设计分析问题，提出了基于信息元模型的产品设计分析过程重用技术，文中阐述了可重用模式的基本内涵，介绍了基于信息元模型的可重构分析基本流程与关键技术，最后以船用柴油机关键零件曲轴曲拐的结构静力分析为范例，实现了柴油机关键件的快速建模分析。（5）基于以上理论研究，开发了船用柴油机关键件快速设计原型系统平台。并以某型号船用柴油机连杆设计为例，在开发的快速设计系统软件环境下，实现了连杆模型的快速创建及信息输入、分析策略的定制、分析数据的处理等快速重构设计分析过程，验证了本文所提理论与方法的可行性。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-9
目录  9-13
第1章绪论  13-22
  1.1 研究背景和意义  13-14
  1.2 国内外研究现状  14-19
    1.2.1 数字化设计中的信息元技术研究现状  14-15
    1.2.2 CAD 与 CAE 技术研究现状  15-17
    1.2.3 CAD/CAE 一体化技术研究现状  17-18
    1.2.4 CAD/CAE 在柴油机设计中的应用现状  18-19
  1.3 课题来源  19
  1.4 论文的主要研究内容  19-20
  1.5 论文章节安排及结构  20-22
第2章船用柴油机关键件快速设计系统总体设计  22-28
  2.1 引言  22
  2.2 系统的框架及设计流程  22-26
    2.2.1 系统需求分析  22-23
    2.2.2 系统流程设计  23-24
    2.2.3 系统的总体框架设计  24-26
  2.3 系统的关键技术  26-27
    2.3.1 CAD/CAE 信息划分与建模技术  26
    2.3.2 CAD/CAE 集成技术  26-27
    2.3.3 产品设计过程重用技术  27
  2.4 本章小结  27-28
第3章船用柴油机关键件 CAD/CAE 信息划分与建模研究  28-41
  3.1 引言  28
  3.2 产品 CAD/CAE 信息模型组成  28-29
  3.3 基于信息元理论的 CAD/CAE 信息建模  29-35
    3.3.1 分析元的涵义  29-31
    3.3.2 分析过程描述  31
    3.3.3 分析层次描述  31-33
    3.3.4 产品 CAD/CAE 信息建模  33-35
  3.4 柴油机关键件的 CAD/CAE 信息建模实例  35-40
    3.4.1 曲轴-连杆-活塞信息模型构建  35-36
    3.4.2 曲轴-连杆-活塞分析树构建  36-37
    3.4.3 连杆动力分析元构建  37-40
  3.5 本章小结  40-41
第4章面向信息元模型的 CAD/CAE 集成方法研究  41-53
  4.1 引言  41
  4.2 CAD/CAE 的常用集成方式  41-42
    4.2.1 集成方式  41-42
    4.2.2 局限性  42
  4.3 面向信息元模型的设计与分析集成  42-44
    4.3.1 产品主模型及其技术  42-43
    4.3.2 基于产品主模型的 CAD/CAE 集成  43
    4.3.3 柴油机关键件 CAD/CAE 集成建模实例  43-44
  4.4 面向信息元模型的多学科集成分析  44-47
  4.5 柴油机关键件 CAD/CAE 集成设计  47-52
    4.5.1 分析任务规划  47-49
    4.5.2 曲轴连杆机构 CAD/CAE 集成设计应用  49-52
  4.6 本章小结  52-53
第5章基于信息元模型的船用柴油机关键件设计重用  53-62
  5.1 引言  53
  5.2 可重用设计模式  53-54
    5.2.1 可重用设计的优点  53-54
    5.2.2 可重用设计的关键技术  54
  5.3 基于信息元模型的可重构分析  54-58
    5.3.1 面向重用的典型分析模板建立  55-56
    5.3.2 基于重用模板的新产品分析过程  56-57
    5.3.3 重构分析实现的关键技术  57-58
  5.4 柴油机关键件的可重用分析  58-61
    5.4.1 曲拐静力学分析元  58-60
    5.4.2 曲拐静力学分析结果  60-61
  5.5 本章小结  61-62
第6章船用柴油机关键件快速设计系统平台实现  62-77
  6.1 引言  62
  6.2 系统平台的总体功能  62-64
  6.3 系统平台开发工具及运行环境  64
    6.3.1 系统平台的开发工具  64
    6.3.2 系统平台的运行环境  64
  6.4 系统平台的数据库设计  64-67
    6.4.1 数据库系统选型  64-65
    6.4.2 数据库表设计  65-67
  6.5 系统平台实例验证  67-76
    6.5.1 单学科可重用设计分析  68-71
    6.5.2 多学科可重构设计分析  71-76
  6.6 本章小结  76-77
结论与展望  77-79
参考文献  79-82
攻读硕士学位期间取得的研究成果  82-83
致谢  83

基于信息元理论的船用柴油机CAD/CAE一体化关键技术研究

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