易斯男等
摘要：
为实现CAD/CAE集成一体化设计，基于SimXpert开发ProE模型向CAE模型快速转化的模板系统.该系统通过特征命名的方式自动快速地进行CAD与CAE之间的信息传递，从而实现SimXpert模板对ProE模型的识别以及向有限元模型的转换.利用外部XML文件数据库对模型所需要的属性进行自动识别和创建，并对相应的部件赋予这些属性.CAD模型向CAE模型的流程式快速转化可以提高数值模拟的效率.
关键词：
模板开发； CADCAE转换； 模型识别； 特征命名
中图分类号： TB115.1
文献标志码： B
0引言
CAD和CAE技术在航天型号的设计和分析中占有重要地位.由于CAD平台与CAE平台的基本架构不同，功能相对独立，部分大型CAD软件提供相应的有限元分析模块，但功能不够完善；而CAE软件中对于复杂结构的几何建模过程相对繁琐，对有限元模型进行几何尺寸等参数修改相当困难.尽管软件开发商努力将二者统一到同一平台下，但收效甚微.
如何将CAD与CAE完美地结合起来，实现CAD/CAE集成一体化设计，一直是工程结构设计面临的挑战，也是工程师们努力的方向.朱苏等在船舶设计中通过建立中间平台实现AutoCAD与ANSYS之间的模型转换；李晟昊等提出运用VB.net和SQL Server数据库技术集成ProE与ANSYS的方案，解决金属结构设计与分析过程中数据传递的接口问题；陈明等基于CATIA开发平台进行二次开发，自主研发面向CAD平台的飞机结构应力分析软件.
在大型复杂弹体结构的设计和分析过程中，型号的结构形状趋于复杂化，并且随着型号的优化升级，结构的几何参数也不断改进.如果借助CAD的强大造型功能进行结构参数化建模，并能够在CAE软件中识别CAD模型中的几何参数，进行快速的有限元转化和分析求解，那么就可以充分发挥CAD和CAE的优势，实现CAD/CAE集成设计，从而缩短型号的设计周期，降低设计成本.
1CAD与CAE的特征传递
SimXpert模板系统基于ProE建立的CAD参数化模型进行开发，其首要任务是实现从CAD模型到CAE模型的快速识别和转化，将用ProE建立的CAD模型转化为可供SimXpert识别并计算的CAE模型.
在CAD框架下，模型主要是由ProE特征命令组成的CAD参数化模型.ProE的特征是其具有工程意义的空间几何元素，并且承载构建时序，与其他特征的关系等信息（包含草绘、拉伸、旋转等基础造型元素操作）构成参数化模型的基本元素.当CAD模型导入到SimXpert中时，SimXpert软件根据每个ProE特征所表示的意义和几何关系，自动将ProE特征转化为基于线、面、体等基本特征元素的几何特征模型.在几何特征下包含基于CAE框架的基本几何元素信息（包括几何线、几何面、几何体等），有限元网格的划分和有限元模型的生成都以这些几何元素为基础.
1.1ProE特征与几何特征的映射关系
在转化过程中，ProE特征中只有一部分转化为几何特征.若将ProE特征转化为几何特征，则二者是一一对应关系，并具有相同的特征名称.特征名称具有平台移植的不变性，模板系统利用这一特点，将特征名称作为CAD与CAE的接口传递信息.
1.2几何特征与几何元素的对应关系
特征模型下的几何特征和几何模型下的几何元素具有映射关系.一般，一个几何特征可以映射到多个几何元素，而一个几何元素只能映射到一个几何特征.例如，一个草绘操作得到的线特征可以包含多条几何曲线，而这几条几何曲线只能对应这个唯一的草绘特征.由于模板中几何特征名称是定义几何元素性质的基础，因此包含在同一几何特征下的几何元素都具有相同的属性.
1.3将特征名称作为连接CAD与CAE的接口
模板系统中将特征名称作为连接CAD与CAE的接口，通过在ProE中建立规范的特征名称，并在SimXpert中通过模板开发识别这些几何特征名称所包含的特征参数，以此定义相应ProE特征下的几何元素的性质，建立适合MD Nastran计算求解的有限元模型.其基本流程见图1.
2特征的命名规则
作为CAD/CAE模型转换中的信息载体，ProE模型中的特征名称主要由几何关键字（或装配关键字）、尺寸关键字、流水号和单元属性等4部分组成，形式见图2.几何关键字是SimXpert模板中用以识别ProE特征的基础.SimXpert模板通过提取ProE模型特征名称的起始字符识别特征名称的几何关键字，以确定ProE特征在SimXpert软件中表现的几何性质和几何元素，如几何线、几何面等.
尺寸关键字用以控制模型网格划分时的局部尺寸，为可选关键字，仅在需要对网格进行细化的局部特征中添加.尺寸关键字包括尺寸字符和数字2部分.模板通过识别尺寸字符确定尺寸的控制方法，通过识别尺寸字符后的数字，确定网格尺寸或相对尺寸.数字长度没有限制，模板可自动识别.
单元属性关键字即单元的属性名称，是SimXpert模板对CAD模型中线和面特征进行赋属性操作的标志，可通过快速命名插件将属性名称插入到相应的模型特征名称中.模板通过在模型中搜索含有单元属性名称的特征，对特征进行赋值等操作.
流水号用以区分具有相同属性的不同特征.流水号由ProE软件或ProE快速命名插件自动生成，从“1”开始依次排序.
3基于插件的ProE特征快速命名
针对SimXpert模板中识别ProE模型参数的要求，需要对ProE进行大规模修改名称.为提高建模效率，基于ProE软件平台下的Pro/TOOLKIT二次开发工具，对ProE的特征命名功能进行二次开发.ProE特征快速命名插件通过C语言编程，与ProE软件无缝集成，可以直接访问ProE底层的数据库对ProE特征名称进行批量修改，以提高ProE的建模效率.
