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基于Pro/ENGINEER的行为建模技术初探

2009-10-22 09:43:17

  1 引言

  随着Pro/ENGINEER软件技术的引进和推广,三维设计在固体火箭发动机和探空火箭的设计当中得到了广泛的应用,设计人员利用设计的三维模型进行模拟装配、干涉检查并获取质量、质心、转动惯量等重要的设计参数,同时还为结构计算分析提供了几何模型,人大提高了设计效率和设计水平。然而上述应用只发挥了三维设计的一部分功能,包括行为建模、标准化、通用件库和二次开发等多种技术的研究与应用工作有待进行,只有充分挖掘并拓展软件的功能,才能够充分发挥软件的价值,从而使其更好地服务于设计工作。

  在实际设计工作中,我们的设计经常需要在一定的约束条件下满足一定的口标,希望在最短的时间内,找到能满足工程标准的最佳设计。传统的设计方法往往需要我们进行大量反复的计算或需要编程解决,而行为建模技术则可使设计人员在很短的时间内完成寻找解决方案的任务,使得产品的设计创新更快更好。

  2 行为建模技术

  行为建模(Behavioral Modeling)技术是一种综合考虑产品所要求的功能行为、设计背景的几何图形的实体建模技术,它采用知识捕捉和迭代求解的智能化方法,使i殳计人员可以面对不断变化的要求,追求高度创新的、能满足行为和完善性要求的设计。

  3 应用实例

  3.1 某火箭配重体设计

  下面以某火箭试验用配重体的设计为例对行为建模的典型过程加以介绍。

  问题:为了满足全箭的质量和质心位置要求,需利用现有两块料头即配重l和配重2加工成配重体,如图2所示,要求配重体质量为35.2kg,质心距舱体端面向后60mm处。

  解决方案:将配重2的内径与长度作为设计变量,然后执行敏感度分析来论证哪一个尺寸对质量和质心的位置影响最大,确定合理的参数变化范围。最后,执行可行性研究来论证同时满足质量和质心要求是否可行。如果存在一个解决方案,那么就可以执行优化研究,以使在保持质心位置的同时,配重体的质量也符合要求。

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  步骤:

  1)创建一个分析特征来执行模型分析以确定质量属性、计算质量,并在端面处创建一个坐标系和一个基准点以及"质量"参数。

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  2)执行敏感度分析以确定内径和长度的改变如何影响质量和质心的位置,确定其合理的变化范围。

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  3)执行可行性及优化性分析,目标函数为零件的质量35.2kg和质心距端面即新建坐标系60mm,设计变量为配重2的内径和长度。执行最优化分析,求解出一组可行方案。由于配重体仅要求满足质量及质心要求,则不需要进行多方案比较,因此可利用该结果直接更改设计模型。

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  由图6的计算结果可以看山,优化后的模型完全满足殴计目标,利用行为建模技术使得该问题很快即获得了解决,相对传统的设计方法具有明显的优势。

  3.2 固体火箭发动机装药设计

  该实例主要介绍行为建模与Pro/ENGINEER软件其它功能如关系(relation)、族表、曲面(Surface)等组合使用来快速获得并优化药柱内燃面面积。在固体火箭发动机的方案设计阶段,药柱燃面面积的计算是一项重要的内容,作为计算发动机压强一时间曲线和推力一时间曲线的重要参数,其计算精度直接影响到发动机性能预示的准确性。

  步骤:

  1)药柱燃面计算基于平行层理论,等肉厚推移,主要控制参数包括药柱总长,翼槽的截面尺寸,锥形孔截面圆直径。为主要控制参数与推移步数e(e=0,1,2??)建立关系,实现以改变变量e获得各步的药柱模型。

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  2)创建零件族表。针对参数e建立族表,形成不同肉厚步K的药柱模型。当再次打开零件时,就能方便地选择不同肉厚步长的药柱模型。

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  3)将内燃面定义为一个曲面,建立一个测量特征测量该曲面面积,由于建立了族表,打开不同的药柱模型即可直接获得内燃面面积。该方法的燃面计算值较通用坐标法直接获得的计算值更精确,图9是软件计算值与通用牮标修正值的比较图。

  4)根据设计要求可以将药柱质量,内燃面面积、空腔体积等作为设计目标,以主要结构参数作为设计变量进行药柱的优化设计。其基本步骤与3.1相同,因篇幅所限不再赘述。

  4 结论

  行为建模中所使用的意图参考,便于工程师提炼设计意图;智能化分析又可大大提高特征的灵活性。行为建模技术的应用,使得设计人员不再需要对原来设计的模型通过重复计算来求解,而将更多的时间用来专注于创新设计。设计人员由于将工业设计、机械设计、功能模拟、生产及信息技术等完整地集成在产品开发环境中,使得每个解决方案均可在独特的开放式架构中共享最新且准确的产品信息,因此该技术在设计工作中具有广泛的应用前景。

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