基于Patran环境的框架结构参数化有限元分析

　　在结构的有限元分析中,所用时间的40% ~ 45%用于模型的建立和数据输入(即前处理), 50% ~55%用于计算结果的分析与整理(即后处理),而分析计算只占5%左右[1-2]。在科研及新产品研发实际中,经常要对多个相似方案进行比较,以筛选出最合理的方案。但当前有限元分析软件系统都是用“软试错”代替“硬试错”,存在前后处理过程复杂、烦琐,易出错,费时、费力,对软件使用者要求高等问题,使一些有限元分析软件难以推广应用[2]。如果按照现有有限元分析软件所规定的步骤,将花费大量的时间在各个方案的前后处理上[3-5],且增加出错机率。对于系列化、通用化和标准化的定型产品,如模具、夹具、液压缸、阀门等,这些产品设计所采用的数学模型及产品的结构都是相对固定不变的,所不同的只是产品的结构尺寸有所差异,而结构尺寸的差异是由于相同数目及类型的已知条件在不同规格的产品设计中取不同值造成的。对于这类产品进行设计时,采用参数化建模方法对尺寸进行替换,这样对于不同结构尺寸的产品只需要改变相应参数化尺寸的值就可以自动迅速的得到产品的模型,省去了大量重复过程,提高了设计生产效率。基于这些优点,参数化建模的思想与功能在诸多CAD软件中得到应用。然而,在许多三维CAD软件产品中建立的三维参数化模型导入有限元分析软件后很难保持参数化的特征,对于有限元优化设计带来困难。三维CAD参数化建模的目的仅仅是在设计参数确定后可以方便的生成模型和出工程图。而参数化有限元模型方法建立模型的目的除了为了方便的修改模型进行系列产品的工程分析外,更重要的是在有限元分析的基础上进行优化设计。如果有限元模型不是参数化的,就不能得到进行优化分析过程中的设计变量,更谈不上进行优化了。虽然在工程分析软件中可以导入三维CAD软件生成得到的三维模型,但是在导入过程中丢失了模型的参数化信息,仍然不能进行优化分析。解决此问题的方法之一是在有限元软件产品环境中建立参数化的有限元模型。即将有限元分析有关数据参数化。对前处理进行参数化包括几何模型、有限元网格划分、约束边界条件、载荷及材料性能的参数化等,从而使用户在参数化建模后可一次性计算出不同参数下的各类结果,便于直接进行优化分析、比较;对后处理部分进行参数化,主要目的是帮助用户从大量的分析数据中迅速提取用户所关心的信息。若用传统的有限元分析的后处理模块来读出信息,只能对各次分析结果逐个进行处理。对后处理部分进行参数化后,可以实现“批处理”,不仅节约了用户时间,且便于不同工艺参数条件下的结果比较,可直接进行优化分析等。