常用三维建模及分析软件介绍航空学院1.2 常用的三维建模及有限元分析软件1.4 有限元分析软件提纲1.3 三维建模软件1.1 概述 在出现计算机绘图以前我们是这样画图的1.1 概述 计算机辅助设计（CAD）已经成为了现 阶段设计领域的一个趋势； 计算机辅助设计（CAD）的优势； 大量辅助设计商业软件的大量涌现不仅 对工业领域起到了强大的推动作用，更 为学术研究领域提供了各种研究工具。随着CAD技术的发展1.2 常用的三维建模及有限元分析软件三维维建模软软件Catia、solidworks、UG、Pro/E、AutoCAD等有限元分析软软件ANSYS、MSC、ABAQUS、ADINA、PAMCRASH 等三维建模是什么？三维建模在现实中非常常见，如孩子们堆沙丘城堡、搭积木的过程是三维建模的过程，雕刻、制作陶瓷艺术品等，也都是三维建模的过程。人脑中的物体形貌在真实空间再现出来的过程，就是三维建模的过程。广义地讲，所有产品制造的过程，无论手工制作还是机器加工，都是将人们头脑中设计的产品转化为真实产品的过程，都可称为产品的三维 建模过程。常用的软件：1.3 三维建模软件三维建模是指在计算机上建立完整的产品三维数字几何模型的过程，与广义的三维建模概念有所 不同。计算机中通过三维建模建立的三维数字形体，称为三维数字模型，简称三维模型。在三维模型的基础上，人们可以进行后续的许 多工作，如CAD（Computer Aided Design）、 CAM（Computer Aided Manufacturing）、CAE （Computer Aided Engineering）等。三维建模必须借助软件来完成，这些 软件常被称为三维建模系统。工业上常用的三维建模软件有：Catia、 solidworks、UG、ProE、AutoCAD等1.31 CATIACATIA是法国Dassault System公司旗下 的CAD/CAE/CAM一体化软件，Dassault System 成立于1981年，CATIA是英文 Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application 的缩写。CATIA的logoCATIA软件介绍CATIA V5是IBM/DS基于Windows NT/2000 操作系统上开发的高端的CAD/CAM软件，它涵 盖了产品开发的全过程，提供了完善无缝的集成 环境。CATIA V5之前的版本CATIA V4是基于 UNIX系统开发的，随着NT操作系统的普及，以 及个人计算机性能不断地提高、成本不断地下降 ，许多高端的CAD/CAM软件纷纷从UNIX移植到 Windows NT平台。IBM/DS在充分了解客户的需 求，并积累了大量客户的应用经验后，决定开发 新一代基于NT平台的CATIA即CATIA V5。CATIA在全球已经拥有超过100万的用户，包括11个 工业领域CATIA的运用范围CATIA V5的应用举例CATIA的功能CATIA的界面CATIA设计效果图CATIA V5环境下设计 的波音787外观模型商用客机模型1.32 solidworksSolidWorks为达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研发 与销售机械设计软件的视窗产品。达索公司 是负责系统性的软件供应，并为制造厂商提 供具有Internet整合能力的支援服务。SolidWorks2010启动页面Solidworks软件简介SolidWorks软件是世界上第一个基于 Windows开发的三维CAD系统，由于技术 创新符合CAD技术的发展潮流和趋势， SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产 业中获利最高的公司。Solidworks软件的工具 2D到3D转换工具 内置零件分析 机器设计工具 模具设计工具 消费产品设计工具 对现成零组件的线上存取 模型组态管理 零件模型建构 曲面设计1、Top Down(自顶向下)的设计 2、Down Top (自下向上)的设计 3、配置管理 4、易用性及对传统数据格式的支持 5、零部件镜像 6、装配特征 7、工程图(RapidDraft,剖中剖,交替位置视图) 8、eDrawing 9、钣金设计Solidworks功能Solidworks界面solidworks设计产品效果图Solidworks建立的F14 战机模型Solidworks建立的某 发动机模型1.33 UGUG（Unigraphics NX）是 Siemens PLM Software公司出 品的一个产品工程解决方案， 它为用户的产品设计及加工过 程提供了数字化造型和验证手 段。Unigraphics NX针对用户 的虚拟产品设计和工艺设计的 需求，提供了经过实践验证的 解决方案。UG同时也是用户指 南（user guide）和普遍语法（ Universal Grammer）的缩写。22UGS UGS 起源于麦道起源于麦道( (MD)MD) 公司，公司，6060年代起成为年代起成为 商业化软件。由商业化软件。由 Boeing Boeing - - McDonnell McDonnell DouglasDouglas公司开发。公司开发。UG UGS UGS的的起源起源软件发展及现状23世界级的CAD/CAE/CAM一体化解决方案UGUGUG软件的技术特性 集成的产品开发: UG是一个完全集成的 CAD/CAM/CAE 软件集 ，它致力于从概念设计到功能工程分析到制造的整个产品开 发过程。 相关性相关性: : 通过应用主模型方法，从设计到制造所有应用相关联 。 并行协作并行协作: :通过应用主模型,产品数据管理PDM(iMAN),产品可 视化(PV),以及Internet技术，支持扩展企业范围的并行协作 。 基于知识的工程基于知识的工程: : 用知识驱动的自动化， Unigraphics 解决 了怎样捕捉，再使用和运用累积在制造产品的人和过程中的 知识问题。 客户化客户化: :Unigraphics提供CAD/CAM/CAE业界最先进的编程工具 集定制 Unigraphics和裁编它以满足一个企业的需求集成的产品开发集成的产品开发分析 结构或运动 分析脚本计算机辅助设计 CAD计算机辅助制图建模制造计算机辅助工程分析 CAE 编辑计算机辅助制造 CAM市场需求UG是一个完全集成的 CAD/CAM/CAE 软件集， 它致力于从概念设计到功能工程分析到制造的整个产 品开发过程。 二维工程图制图数控代码UG设计(CAD)通过应用主模型方法，从设计到制造所有应用相关联。UG分析 结构分析工程图UGUG加工加工 (CAM)CAM 基础平面铣 钻加工 型腔和型心铣 固定轴铣 45轴变轴铣清根铣 顺序铣 转台 NURBS 曲线生成器线切割 可视化加工 UG 工作界面利用UG NX 5.0欢迎界面中的“文件”“新建”菜单，可以新建 一个文件，并进入 UG的工作界面，如下图所示。UG建立的三维模型UG环境下建立的某直升机模型1.34 Pro/EPro/ENGINEER是美国参数技术公 司(Parametric Technology Corporation， 简称PTC)的最新一代CAD/CAE/CAM软 件，它包含许多先进设计理念，是一套 设计至生产的机械自动化软件包，是一 个参数化、基于特征的实体造型系统。Pro/ENGINEER广泛用于机械、模具 、工业设计、汽车、航空航天、电子、家 电、玩具等行业，是一个全方位的三维产 品开发软件，它集三维实体造型、模具设 计、钣金设计、铸造件设计、装配模拟、 加工仿真、NC自动编程、有限元分析、电 路布线、装配管路设计、产品数据库管理 等功能于一体。Pro/E的应用范围Pro/ENGINEER的主要模块1. 机械设计(CAD)模块2. 功能仿真(CAE)模块3. 制造(CAM)模块4. 工业设计(CAID)模块5. 数据管理(PDM)模块 6. 数据交换(Geometry Translator)Pro/ENGINEER的工作界面Pro/ENGINEER设计的产品Pro/E制作的机械CAD图Pro/E设计的产品渲染图1.35 AutoCADAutoCAD（Auto Computer Aided Design）是美国Autodesk公司 首次于1982年生产的自动计算机辅助 设计软件，用于二维绘图、详细绘制 、设计文档和基本三维设计。现已经 成为国际上广为流行的绘图工具。应用于机械、建筑、电子、 航天、造船、化工、土木、冶金 、农业、气象、纺织、轻工业等 领域。AutoCAD的应用领域 绘图 编辑 尺寸标注 文件管理 三维操作 数据库的管理和连接 开放式体系结构AutoCAD的主要功能AutoCAD的界面AutoCAD制作的零件三视图AutoCAD制作的零件图AutoCAD制作的装配图AutoCAD制作的建筑立面图1.4 有限元分析软件有限元分析是对于结构力学分析迅速发 展起来的一种现代计算方法。它是50年代首 先在连续体力学领域飞机结构静、动态 特性分析中应用的一种有效的数值分析方法 ，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁 场、流体力学等连续性问题。有限元分析软 件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、 ABAQUS、MSC四个比较知名比较大的公司 。1.4 有限元分析软件将模型空间划分成许多单元，在保证单元间的连 续性和边界条件的基础上，用求解多元线形方程组 的方法得到各单元节点上的数值解。由于是以单元代替模型，其解是近似的，但是由 于它有良好的收敛性，因此单元的细化能有效提高 它的精度，达到我们的要求。由于以许多小单元来代替模型，使得可以方便地 处理各种形状的（甚至是很复杂的）模型，使以前 很难求解的形状也能够得到满意的求解。 有限元软件比较ADINA、ABAQUS在非线性分析方面 有较强的能力目前是业内最认可的两款有 限元分析软件，ANSYS、MSC进入中国比 较早,所以在国内知名度高应用广泛。目前 在多物理场耦合方面几大公司都可以做到 结构、流体、热的耦合分析，但是除 ADINA以外其它三个必须与别的软件搭配 进行迭代分析，唯一能做到真正流固耦合 的软件只有ADINA。软件的发展状况ANSYS是商业化比较早的一个软件， 目前公司收购了很多其他软件在旗下。 ABAQUS专注结构分析目前没有流体模块 。MSC是比较老的一款软件目前更新速度 比较慢。ADINA是在同一体系下开发有结 构、流体、热分析的一款软件，功能强大 但进入中国时间比较晚市场还没有完全铺 开。分析性能排名结构分析能力排名：ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS流体分析能力排名：ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS耦合分析能力排名：ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS性价比排名：ADINA，ABAQUS、ANSYS、MSC根据用户反馈统计对其分析性能进行排名：ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁 场、声场分析于一体的大型通用有限元分析 软件。由世界上最大的有限元分析软件公司 之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软 件接口，实现数据的共享和交换，如 Pro/Engineer, NASTRAN, CATIA, Solidworks, AutoCAD等， 是现代产品设计中的高级CAE 工具之一。1.41 ANSYSANSYS应用领域航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、 建筑、电子产品、重型机械、微机电系统 、运动器械等。ANSYS功能概览 结构分析 热分析 电磁分析 流体分析 (CFD) 耦合场分析 - 多物理场ANSYS 结构分析 概览结构分析的类型: 静力分析 - 用于静态载荷. 可以 考虑结构的线性及非线性行为 ，例如: