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隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，進(jìn)一步提高了計(jì)算機(jī)輔助軟件的可靠性，促進(jìn)了計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在設(shè)計(jì)和研發(fā)流程中的廣泛應(yīng)用，有效節(jié)省了成本，縮短了研發(fā)周期，強(qiáng)化企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。但是部分企業(yè)在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，往往只采用單一的輔助設(shè)計(jì)軟件，難以將各軟件的優(yōu)勢(shì)加以聯(lián)合，導(dǎo)致企業(yè)缺乏競(jìng)爭(zhēng)力、設(shè)計(jì)力和創(chuàng)新力。因此，在包裝機(jī)械設(shè)計(jì)中聯(lián)合應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件對(duì)企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展具有重要的意義。

1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件概述

（1）優(yōu)勢(shì)。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件主要包括Optistruct、Ansys和Pro/E這三個(gè)部分。對(duì)于Optistruct軟件而言，其作為hyperworks軟件中的重要部分，設(shè)有快速準(zhǔn)確的有限元求解器，能夠?qū)δK進(jìn)行優(yōu)化分析和設(shè)計(jì)。用戶可以利用Optistruct軟件中的邊界類型、載荷、屬性以及材料等，優(yōu)化線性屈曲、模態(tài)、頻率和靜態(tài)等。同時(shí)借助該軟件的尺寸和拓?fù)鋬?yōu)化等功能優(yōu)化結(jié)構(gòu)時(shí)，可以在圖形上利用不同的顏色直觀表示出可優(yōu)化去除或可加強(qiáng)和保留的部分，其中紅色顯示為可保留部分；綠色和藍(lán)色顯示為可優(yōu)化去除部分。Optistruct軟件作為一種應(yīng)用軟件，其能夠優(yōu)化結(jié)構(gòu)，因此在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面?zhèn)涫芷髽I(yè)的重視。Ansys軟件作為一種輔助設(shè)計(jì)軟件，其具有仿真和有限元分析功能，能夠?qū)Σ糠州^為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)直接進(jìn)行建模，如梁結(jié)構(gòu)、板件和桿件等。但是在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，由于零部件較為復(fù)雜，Ansys建模無(wú)法有效滿足其實(shí)際需求，必須要以專業(yè)的Pro/E軟件為基礎(chǔ)進(jìn)行三維建模，在此基礎(chǔ)上導(dǎo)入Ansys，從而進(jìn)行有限元仿真分析。Ansys軟件與Optistruct軟件相比較而言，其能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)的數(shù)值大小、變形分布以及應(yīng)力進(jìn)行直觀準(zhǔn)確地反映，更側(cè)重于有限元仿真分析。Pro/E作為一種繪圖軟件，其三維建模功能極為強(qiáng)大，能夠?qū)Σ煌Ｒ?guī)性的三維實(shí)體加以快速生成。一般而言，如果結(jié)構(gòu)零件的外形相對(duì)較為復(fù)雜，則可以利用Pro/E軟件的各種專業(yè)命令，使各種類型不規(guī)則的三維實(shí)體模型在界面內(nèi)生成。

（2）聯(lián)合分析流程。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件在實(shí)際設(shè)計(jì)和研發(fā)過(guò)程中，往往需要不斷循環(huán)驗(yàn)證和設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)解。在包裝機(jī)械設(shè)計(jì)中聯(lián)合應(yīng)用Optistruct、Ansys和Pro/E軟件，將會(huì)使開發(fā)的周期加以縮短，保證最優(yōu)解結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性和可靠性。三者在設(shè)計(jì)中的聯(lián)合應(yīng)用流程圖如下圖。首先利用Pro/E軟件進(jìn)行三維建模，促使實(shí)體模型加以快速生成，并借助Ansys軟件進(jìn)行有限元仿真分析，從而得出該模型的變形云圖和應(yīng)力分布云圖，對(duì)2項(xiàng)最大值加以求解，便于結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。其次利用Optistruct軟件導(dǎo)入三維模型初始結(jié)構(gòu)，并對(duì)結(jié)構(gòu)加以優(yōu)化，以此得出可優(yōu)化區(qū)域的密度云圖，并在此基礎(chǔ)上利用Pro/E軟件，對(duì)優(yōu)化模型三維圖加以建立。最后對(duì)Ansys再次導(dǎo)入加以驗(yàn)證，并將設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后的應(yīng)變和應(yīng)力加以比較，從而確定最優(yōu)解。

2包裝機(jī)械設(shè)計(jì)中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用價(jià)值

（1）應(yīng)用實(shí)例。

以易拉罐的包裝生產(chǎn)為例，在對(duì)原材料加以運(yùn)送時(shí)多采用真空吸盤托架，一是利用Pro/E軟件對(duì)三維實(shí)體模型加以建立；二是利用Ansys軟件導(dǎo)入三維模型，從而進(jìn)行有限元仿真分析，并對(duì)材料的荷載、定義邊界約束條件、網(wǎng)格劃分和屬性進(jìn)行合理設(shè)置；三是在Optistruct軟件中導(dǎo)入模型，優(yōu)化分析結(jié)構(gòu)，有效定義優(yōu)化方法和屬性，合理設(shè)置材料，科學(xué)劃分網(wǎng)格，并對(duì)目標(biāo)和約束載荷加以優(yōu)化，從而對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析求解。四是將優(yōu)化模型三維實(shí)體圖建立在Pro/E軟件中，并在Ansys導(dǎo)入優(yōu)化模型，從而進(jìn)行有限元仿真分析。五是對(duì)托架結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后的參數(shù)進(jìn)行比較分析，當(dāng)滿足應(yīng)變和應(yīng)力條件且具有明顯的優(yōu)化效果時(shí)，則可將其確定為最優(yōu)解。對(duì)于托架結(jié)構(gòu)而言，其優(yōu)化前的最大應(yīng)變?yōu)?.916673mm，最大應(yīng)力為222.742MPa；優(yōu)化后的最大應(yīng)變?yōu)?.384901mm，最大應(yīng)力為181.787MPa；優(yōu)化前后的最大應(yīng)變減小了0.531772mm（58%），最大應(yīng)力減小了40.955MPa（18.4%）。

（2）應(yīng)用價(jià)值。

將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件聯(lián)合應(yīng)用于包裝機(jī)械設(shè)計(jì)中，其能夠有效保證Pro/E與Ansys和Optistruct之間的數(shù)據(jù)傳送。Pro/E與Ansys進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，能夠利用初始圖形交換標(biāo)準(zhǔn)（IGES）格式，在不同的輔助設(shè)計(jì)軟件中交換數(shù)據(jù)。同時(shí)設(shè)計(jì)人員能夠利用Pro/E對(duì)三維實(shí)體模型加以建立，并對(duì)IGES格式加以選擇保存，使其能夠?qū)階nsys。這樣能夠幾何修復(fù)和拓?fù)湫迯?fù)結(jié)構(gòu)的進(jìn)行部分，有效得出優(yōu)化的幾何模型，保證有限元仿真分析的順利實(shí)施。當(dāng)然，在導(dǎo)入的過(guò)程中，也可以采用IGES格式，但是要想對(duì)三維圖形的效果和數(shù)據(jù)進(jìn)行完整保證，確保結(jié)構(gòu)分析優(yōu)化的準(zhǔn)確性，應(yīng)采取直接式數(shù)據(jù)傳送的方式。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，Optistruct軟件主要是對(duì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化加以突出，Ansys軟件的有限元仿真分析功能十分強(qiáng)大，而Pro/E軟件則是對(duì)三維建模的繪制較為側(cè)重。將Optistruct、Ansys和Pro/E軟件聯(lián)合應(yīng)用于包裝機(jī)械設(shè)計(jì)中，能夠有效保證數(shù)據(jù)之間的傳送，減少結(jié)構(gòu)的最大變形和最大應(yīng)力，促進(jìn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

作者：孫瑞 單位：隴東學(xué)院信息工程學(xué)院