基于UG的参数化设计系统开发的方法探讨

1基于UG的参数化设计系统开发的方法探讨邵静茹，刘混举（太原理工大学机械工程学院，山西太原030024;）摘要：通过对UG软件进行二次开发,实现对零部件的参数化建模，并通过对UG有限元分析的研究，将参数化建模和有限元分析进行链接，达到快速建模并对模型进行快速有限元分析的目的。关键词：UG；参数化设计；有限元分析0概述日益激烈的市场竞争,迫切要求企业在产品设计和开发过程中缩短开发周期，提高效率，零部件的标准化和系列化是提高产品设计质量、缩短产品开发周期的有效途径。对于具有类似几何形状(但是物理尺寸不同)的零件,可利用参数化设计技术，通过对软件的二次开发，实现参数化建模，大大提高建模效率。同时，很多时候企业会对设计的产品进行有限元分析，以此来判断产品是否达到了规定的强度。但是，有限元分析繁琐的前处理设置又大大限制了工作效率，延长了产品的开发周期，如何实现参数化建模与有限元分析的链接，以达到快速建模并快速有限元分析的目的，已成为一个亟需解决的问题。UG是一款优秀的三维设计软件，它集CAD/CAE/CAM于一体，其功能覆盖了整个产品的开发过程,即从概念设计、三维建模、分析以及制造等。UG本身自带了一套二次开发工具UG/OPEN，可供用户根据自身需求对UG软件进行二次开发，功能十分强大。UG的Nastran是UG集成的一个有限元分析工具，它可以将建模模块中建立的几何模型通过导入到设计仿真模块并添加前处理设置，转换成为有限元分析模型。法无法比拟的。本文将基于UG的有限元分析模块，探讨液压支架立柱的应力分析方法。1参数化建模利用UG自带的二次开发工具UG/Open，以VC++6.0为编译调试平台进行二次开发，是目前比较流行的一种方法。UG/Open是一系列二次开发工具的总称，包含了UG/OpenUIStyler、UG/OpenMenuscript、UG/OPENAPI以及UG/OpenGRIP，其中UIStyler可制作用户需要的对话框，Menuscript可编辑UG风格的嵌入式菜单，而UG/OPENAPI是一个允许程序访问并改变UG对象模型的程序集，它封装了近2000个UG操作的函数,可以方便对UG的图形终端、文件管理系统和数据库进行操作,该程序使用C或C++编程语言。以下通过一个实例来说明基于三维模型的参数化程序设计方法。其具体步骤如下：1.1建立三维模型样板在UG的建模模块创建如图1所示的立方体三维模型样板，由于只是为了说明程序设计的原理，因此创建的模型样板相当简单，复杂模型的参数化程序设计方法与此相同。使用“表达式”对话框修改表达式名称，并将其保存到EXCEL中，如图2所示。2图1三维模型样板图2模型样板的表达式1.2编写菜单文件UG/OpenMenuscript提供了一套用于定义UG菜单的脚本语言，使用Windows的记事本进行编辑，创建的菜单文件扩展名为.men，创建完成后将其保存在相应的startup文件夹下。1.3设计用户界面对话框进入UG/UIStyler模式，创建如图3所示的“三维参数化设计”对话框。对话框锁包含的控件，如图4所示。对话框本身的属性及其回调函数如表1所示。图3“三维参数化设计”对话框图4对话框中的控件属性属性值回调函数对话框标题三维参数化设计构造函数：PRO_DESIG_construct_fun前缀名根据输入的模型参数，修改模型应用：PRO_DESIG_apply_fun前缀名PRO_DESIG确定：PRO_DESIG_ok_fun对话框类型底部取消：PRO_DESIG_cancel_fun调用对话框回叫按钮式样选项确定、应用和取消允许重设对话框大小是表1对话框的属性与回调函数将创建的对话框保存到相应的application文件夹下，可生成后缀名为.dlg、.c、.h三个文件。31.4创建应用程序框架使用VC++6.0创建应用程序的工程，利用工程向导ugopen.awx创建应用程序，应该程序使用ufsta函数为入口函数，当UG进程结束时，自动卸载。将以.c和.h为后缀名的两个对话框文件重命名后添加到VC++6.0的工程中，通过编程，即可实现参数化驱动。2有限元分析UG的Nastran是UG集成的一个有限元分析工具，它可以直接将建模模块中建立的几何模型转换成为有限元分析模型，并进行多种方案的比较，从而可在不需要另外构建近似几何模型的情况下，精确表现真实的产品设计，为分析节省了设计时间，且在分析的后处理结果中，能准确直观的得到其结果各部位的应力、应变等参数的分布情况，所以不论从计算的速度还是从计算的准确等方面，用Nastran直接调用UG建好的模型进行有限元分析是传统方法无法比拟的。有限元分析可分为前处理、计算和后处理三个阶段，前处理可分为添加材料，添加载荷，添加约束，划分网格；前处理设置完毕后进行计算；之后进入后处理，可观看应力、应变以及变形的结果。依然以上面的模型为例子说明利用UG进行有限元分析的基本方法，具体步骤如下：2.1新建FEM和仿真将参数化建模建立的三维模型导入到设计仿真模块，创建理想化部件并创建一个解法。2.2添加材料特征设置材料的名称，密度，参考温度，泊松比，热膨胀系数，杨氏模量等。2.3载荷加载添加零件的载荷用于模拟真实的零件工作状态，不同的载荷情况导致模型内部不同的应力和应变分布情况。在一定的外载作用下，零件会不会遭受破坏，其应力和应变分布是否均匀，是有限元分析的目的所在。2.4边界条件的添加零件的边界条件用来约束零件在各个方向的平动和转动自由度。必须给零件设置一定的边界条件，约束零件在某个方向的自由度才能对零件进行有限元的分析。2.5网格的划分划分网格是建立有限元模型的关键。在结构仿真模型中，用户可以使用多种不同类型的有限元模型，各种类型的选择主要依据以下几个因素：几何形状的特点、计算内容和分析对象。2.6向有限元分析工具提交建立的有限元模型数据。该有限元模型数据包括了有限元的计算方法、对材料的赋值、对载荷的赋值、对边界条件的赋值、划分网格的数据等。有限元模型如图5所示。4图5有限元模型2.7计算。2.8后处理在UG有限元分析中调出分析结果的数据文件，利用图形的方式显示模型的应力、应变等分析情况，并得出各种应力、应变等数据。（1）该后处理结果可显示模型的位移、转动角度、应力、应变、反作用力等分布情况。（2）该后处理结果显示模型应力最大值出现的位置以及数值，用户可以根据该数据对整个模型的设计进行优化。（3）UG有限元分析后处理给用户提供了创建动画的功能，用户可以利用读功能查看有限元模型在变形时的各个状态，同时可以以动画的形式连续的播放整个变形的过程。图6后处理结果3参数化建模和有限元分析的链接由于参数化是UG软件本身一个很重要的特点，很多模块之间都有着参数化的联系，建模模块和设计仿真模块即有着参数化联系。对模型进行有限元分析前处理设置并计算，然后保存，可保存三个不同格式的文件，分别为.prt、.fem、.sim，.prt为三维模型的文件，通过更改prt文件的尺寸，可相应更改相应的有限元分析sim文件。具体操作为在修改完三5维模型的尺寸之后，通过窗口的切换进入设计仿真窗口，更新有限元分析模型即可，不必重新进行一系列繁琐的前处理设置，直接计算即可。结语4结语本文以一个简单的例子介绍利用UG参数化建模和有限元分析，并将二者链接到一起，达到快速为零件建立三维模型并进行有限元分析目的。例子虽然简单，但复杂模型的方法与之相同。通过将参数化建模与有限元分析进行链接，可大大减少设计人员的工作强度，只需输入需要的参数，便可得到相应的模型，然后切到设计仿真窗口，通过模型更新，便可直接对新模型进行有限元分析了。参考文献[1]王艺树，张毅，梁强.基于UG的参数化标准件库的研究与实现[J].信息与技术，2009，38:127～129.[2]杨宗亮，吴兆华.UG二次开发技术及其开发技巧[J].制造业信息化，2007，4：112～114.[3]于春浩，单根立.基于UG的液压制钉机有限元分析[J].现代机械，2009(3)：66，84.[4]洪如瑾.UGNX4高级仿真培训教程[M].北京：清华大学出版社，2007AresearchaboutthemethodofdevelopingtheparametricdesignsystemonthebaseofUGShaoJing-ru,LiuHun-ju(TaiyuanUniversityofTechnology,Shanxi,Taiyuan030024)Abstract:PartsofparametricmodelingarerealizedbythesecondarydevelopmentofUG.AndthroughresearchingfiniteelementanalysisofUG,welinktheparametricmodelingandfiniteelementanalysistogether.Finally,Modelingandanalysisingthenewmodelquicklywillberealized.Keywords:UG;parametricdesign;finiteelementanalysis