计算机辅助工程论文
经过多年的研究和开发，世界上已有一大批商品化的铸造过程数值模拟软件，表明这项技术已经趋于成熟。下面是小编精心收集的计算机辅助工程论文，希望能对你有所帮助。
计算机辅助工程论文1
【摘要】随着科学技术的不断进步，计算机辅助工程计量的技术也日趋成熟并得到广泛应用。下面就广联达图形算量作以简要概述。
【关键词】计算机辅助工程计量
一、GCL7.0图形算量软件应用综述
广联达图形算量软件GCL7.0是专为在目前传统定额模式向清单模式过渡时期量身定做的先进实用的算量工具，适用于定额模式和清单模式下不同的算量需求。只需按照图纸提供的信息定义好各种构件的材质、尺寸等属性，同时定义好构件立面的楼层信息，然后将构件沿着定义好的轴线画入或布置到软件中相应的位置，最后在汇总过程中软件将会自动按照相应的规则进行扣减计算，并得到相应的报表。由于软件内置了清单工程量计算规则以及当地定额计算规则，所以能够同时满足清单环境下招标人、投标人的不同需求。
二、软件算量的设计思路
1.软件继承了手工算量思想
手工算量最常见的方法是统筹法，也就是先计算出三线一面，即“L中”、“L外”、“L内”及“S底”这四个最基本的参数，然后利用其他数据和基本参数的关系列出相应的式子，计算对应的工程量，续而完成所有工程量的计算工作。
2.软件的整体算量思路
图形算量软件GCL7.0是利用代码算量的。在软件中，三线一面就相当于代码，当然软件中的代码不仅限于三线一面，还有墙长、墙宽等等。代码是按构件为单元进行划分，是不能再分解的最小量。每个工程的基本代码都可以有不同的数值。
软件算量的思路如下：
（1）建模。设置构件属性，用画图方法画出各个构件形成与设计图相同的建筑物。
（2）提取图元固有的代码（图元代码）并计算构件代码。图元代码是几何图形固有的代码，如长方形的长和宽；长方体的长、宽和高；点的个数；线的长度等。对于建筑物内的构件也有固有的图元代码，就是构件几何尺寸代码。用图元代码按工程量计算规则计算出的构件基本代码就是构件代码。
（3）提取形成构件代码过程中公式的中间变量。假设某地区规则中地面面积应扣独立柱所占面积，但是根据具体情况需要得到不扣独立柱的面积，所以软件给出的中间变量未扣柱的面积，直接选用即可。正因为代码开放，才能最大限度地满足用户想算什么量，就有什么量的要求。
（4）用构件代码及中间变量列表达式形成所需的工程量。代码不是工程量，工程量是按代码列式组合计算出的。代码开放后，就可以利用计算机提供的各种代码变量进行组合或者直接得到想要的计算的工程量。如门窗工程量代码中提供的“洞口三面尺寸”可以计算侧壁块料用量。所以使用熟练后可以直接用代码组合算出更多构件的工程量，达到少画图就能算量的境界。
3.软件最大限度地遵循手工算量流程
每个有经验的造价人员，都有自己的一套算量方法。但是很多初学算量的人不知道该按照什么样的流程，其实任何建筑物都是由若干个楼层组成的，图纸也是按照楼层来设计的，所以不论是手工算量还是软件算量，我们都要建立“层”的概念。
下面以建筑物首层为例，回顾一下在手工算量时，首层要计算哪些工程量。
墙、门窗、过梁、梁、柱——外围部分；
板——顶盖部分；
地面、踢脚、墙裙、墙面、天棚——内装修部分；
外勒脚、外墙面——外装修部分；
楼梯、水池、室内回填土——室内部分；
阳台、雨篷、散水、平整地等——室外部分。
而使用图形算量软件来做，上述计算步骤相对来说就更好统一，也更简单了。建筑物的任何一层都由这六大实体组成，所不同的是，手工算量需要列出六大实体的计算式子，软件算量则是将六大实体“搬”入计算机。
三、GCL7.0图形算量软件特点
要想快速了解软件，最好从了解特点出发。在清单计价模式下，计量规则发生了许多变化，对软件的要求也越来越高，我们通过分析手工算量的具体难点，了解软件的解决方法，也就可以进一步地认识图形算量软件的奥妙。
1.各种计算规则全部内置，不用记忆规则，软件将自动按规则扣减
由于软件直接将清单计算规则和各种地方定额规则内置，使用者不用考虑清单计算规则和定额规则有哪些不同，也不用考虑各种构件间复杂的扣减关系，只要按照软件的操作提示在相应的位置描述构件，比如把门窗放在相应的墙段上，软件在计算墙体是会自动扣减门窗所占体积的。
2.一图两算，清单规则和定额规则平行扣减，画一次图同时得出两种工程量
在新建工程时只要选择了清单规则和定额规则，软件就会将所有构件按照两种规则平行扣减，互不干扰，最终得出两种不同的量——实体的清单工程量和实际的施工量，既满足了清单模式下招标人算量准确、清楚描述项目名称，同时计算清单量和标底的要求，也满足了清单模式下投标人审核招标方清单工程量的同时计算施工方案量的要求，达到一图两算的目的，大大提高了算量的效率。
3.内置清单规范，智能形成完善的清单报表
招标方的关键是算准量，并且能够准确描述所包含的项目特征和主要工作内容，这对招标方清单项目的严谨性有很重要的意义。对清单项的描述是否清晰，直接影响招标方的工程量风险。软件与清单紧密结合，完全按照清单规范设计，对每一实体即时选定对应的清单项目，并自动生成有12位编码的报表，而且可以包含相关的所有项目特征和工作内容。
这样即可将工程量与清单联系起来，汇总得到标准的符合规范要求的工程量清单表。它既是招标方招标文件中不可缺少的部分，也是招标方组价的基础。
4.完全导入设计院CAD图纸，不用画图而直接算量
图形算量软件顾名思义是靠图形来算量的，所以必须将图形绘制到软件中，才会计算出量，可是画图毕竟也需要时间，如果对软件操作不熟练，时间也不会短，那么有没有快速的导图办法呢？
软件处理方式：软件可以实现导入CAD设计文件，如果能得到设计院的CAD文件，只需将文件导入，软件即可快速识别出文件中的图形，将图纸文件中的数据转换成算量的模型，构件属性和图形位置一并读入。快速完成墙、门窗、柱、梁等最多、最难画的几类构件的绘制，大大地提高了工作效率。
5.直接导入清单工程量
软件同时提供多种方案代码，在复核招标方提供的清单量的同时计算投标方自己的施工方案。投标方可将清单工程量导入，在定义构件属性的同时复核招标方提供的清单工程量，并对每一个清单项按实际的施工方案匹配相应的消耗量定额，按照两种规则同时计算定额施工方案量和清单工程量，一图两算。
6.软件在计算复杂的工程量时更显优势
房间的装修一直是手工计算中最复杂的，地面、墙面、天棚面、踢脚线、墙裙、吊顶、要计算的量太多太多。而且块料、抹灰计算的规则又各有不同。柱、梁的位置，门窗立樘位置，直接影响各项抹灰量。此外还会有独立柱，附墙柱的单独装修，多层吊顶，局部地面、天棚的装修，以及单墙的独特装修等等。如果软件能够很好地解决整体装修的问题，所有量得全，细部量算得准，确实会给预算人员省去不少重复劳动。
还有很多预算员最怕算基础，尤其遇到有地下室或高低不平的情况。因为基础里的构件是很多的，条基、满基、柱、墙、梁一点也不比地上部分少，底标高又不同，每个构件都要计算相互间的扣减，计算起来是相当麻烦的。但以上问题应用算量软件来解决就很轻松、很方便。
（1）房间装修计算。利用画好的墙、梁、板、柱的形状和位置自动形成房间，所有房间的`内部装修量利用内置的规则扣减，自动计算，只要输入装修房间命令（点下鼠标），任何房间的复杂装修都将一次性计算完毕。
（2）基础计算。基础层设置了层高，所有构件设定了底标高，软件就会按实际位置及高度根据规则扣减。对于条基、柱基等难算的量可将一层的墙柱复制下来，依据位置形成条基、柱基，截面形状可以从软件内置的图形库中选取。对于土方工程量，软件会自动完成计算。由于构件繁多，不在同一高度引起的基础计算难题在软件中将不复存在。
综上所述，用软件算量可以利用建筑物本身的整体关联性，和计算机运算优势结合快速地计算所有的工程量，如应用布置、复制、批量修改、工程合并等多种软件功能，可以多人协同工作。再加上深入的清单专业知识，明确的清单形成流程，将清单和算量紧密得结合起来，在画图的同时形成清单格式，导入组价软件，直接进入到套价、收费程序，可方便地计算出清单和标底。同时，算量软件的报表可将工程量构件、楼层、位置逐步细分输出，方便核对查找。计价软件辅助生成分部分项工程费、措施费、其他项目费和整个报价的表格，并将报表进行完善。一个工程一个文件，所有工程数据全可标注在软件中，算到哪，打开工程一目了然。工程转移、另存、管理方便安全，由此让复杂的算量工作变得更加准确、清晰、简单、高效，最大限度地解决了算量难的问题。
计算机辅助工程论文2
摘要：本文介绍了CA精密铸工艺。重点阐述了计算机辅助工程，包括三维CAD、凝固过程数值模拟等在精密铸件研制过程中的应用。IDEAS可以方便地进行三维设计或逆向工程，获得三维模型，然后通过快速成型技术，能迅速得到铸造原型;用ProCast对铸件的浇注工艺进行模拟，以优化浇注参数，消除铸造缺陷。
关键词：CA精密铸造计算机辅助工程
1引言：
精密铸造是用可溶(熔)性一次模型使铸件成型的方法。精密铸造的最大优点是表面光洁，尺寸精确，而缺点是工艺过程复杂，生产周期长，影响铸件质量的因素多，生产中对材料和工艺要求很严[1]。在生产过程中，模具设计和制造占很长的周期。一个复杂薄壁件模具的设计和制造可能需一年或更长的时间。随着世界工业的进步和人们生活水平的提高，产品的研发周期越来越短，设计要求响应时间短。特别是结构设计需做些修改时，前期的模具制造费用和制造工期都白白地浪费了。因而模具设计和制造成为新产品开发的瓶颈。计算机辅助工程的发展，使得传统产业与新技术的融合成为可能。三维CAD可以把设计从画图板中解放出来，大大简化了设计者的设计过程，减少出错的几率。并且随着快速成型(RP)技术，特别是激光选区烧结工艺(SLS)的发展[2,3,4]，三维模型可以通过RP设备，快速转变成精密铸造所需的原型，打破了模具设计的瓶颈。另外在传统铸造中，开发一个新的铸件，工艺定型需通过多次试验，反复摸索，最后根据多种试验方案的浇铸结果，选择出能够满足设计要求的铸造工艺方案。多次的试铸要花费很多的人力、物力和财力。采用凝固过程数值模拟，可以指导浇注工艺参数优化，预测缺陷数量及位置，有效地提高铸件成品率。CA精密铸造技术就是将计算机辅助工程应用到精密铸造过程中，并结合其他先进的铸造技术，以高质量、低成本、短周期来完成复杂产品的研发和试制。目前，利用CA精铸技术，已完成多种航天、航空、兵器等关键部件的试制，取得满意的效果。
2材料与实验方法
CA精铸可应用于不锈钢、耐热钢、高温合金、铝合金等多种合金，CA精铸工艺流程见图1。三维模型可采用IDEAS、UGII、PROE等三维设计软件进行设计，工艺结构和模型转换采用MagicRp进行处理和修复，在AFSMZ320自动成型系统上进行原型制作，采用熔体浸润进行原型表面处理，凝固过程数值模拟采用PROCAST和有限差分软件进行计算。
3CA精密铸造工艺的关键问题及相关技术讨论
近年来，与CA精铸技术相关的三维CAD设计、反求工程、快速成型、浇注系统CAD、铸造过程数值模拟(CPS)以及特种铸造等单体技术取得了长足的进步，这些成就的取得为集成化的CA精铸技术的形成奠定了基础，促进了CA精铸技术的迅猛发展和应用。为了使各单体技术成功地用于CA精铸，必须消除彼此之间的界面，将这些技术有机地结合起来。从而在产品开发中做到真正意义上的先进设计+先进材料+先进制造。
3.1三维模型的生成与电子文档交换
如何得到部件精确的电子数据模型，是CA精铸至关重要的第一步。随着三维CAD软件、逆向工程等技术的发展，这项工作变得简单而且迅捷。在此主要介绍利用IDEAS进行实体建模和数据转换的过程。IDEAS9集成了三维建模与逆向工程建模模块。通过MasterModeler模块可以得到复杂模型(见图2)，既可以进行全几何约束的参数化设计，又可进行任意几何与工程约束的自由创新设计;曲面设计提供了包括变量扫掠、边界曲面等多种自由曲面的造型功能。逆向工程Freeform可将数字化仪采集的点云信息进行处理，创建出曲线和曲面，进行设计，曲面生成后可直接生成RPM用文件，也可传回主建模模块进行处理(见图4)。实体文件生成后需转变成STL文件(见图3)以作为RP设备的输入。转换过程应注意选择成型设备名称，通常选用SLA500，三角片输出精度在0.005~0.01之间。采用MagicRp处理时应注意乘上25.4，得到实际设计尺寸。
3.2凝固过程的数值模拟
3.2.1凝固过程的数值模拟原理
铸造是一个液态金属充填型腔、并在其中凝固和冷却的过程，其中包含了许多对铸件质量产生影响的复杂现象。实际生产中往往靠经验评价一个工艺是否可行。对一个铸件而言，工艺定型需通过多次试验，反复摸索，最后根据多种试验方案的浇铸结果，选择出能够满足设计要求的铸造工艺方案。多次的试铸要花费很多的人力、物力和财力。
铸造过程虽然很复杂，偶然因素很多，但仍遵循基本科学理论，如流体力学、传热学、金属凝固、固体力学等。这样，铸造过程可以抽象成求解液态金属流动、凝固及温度变化的问题，就是要在给定的初始条件和边界条件下，求解付立叶热传导方程、弹塑性方程。计算机技术的发展，使得求解物理过程的数值解成为可能。应用计算机数值模拟，可对极其复杂的铸造过程进行定量的描述。
通过数学物理方法抽象，铸造过程可表征成几类方程的耦合：
1热能守恒方程： 2连续性方程： 3动量方程： 常用的数值模拟方法主要是有限差分法、有限元法。有限元差分法数学模型简单，推导简单易于理解，占用内存较少。但计算精度一般，当铸件具有复杂边界形状时，误差较大，应力分析时需将差分网格转换成有限元网格进行计算。有限元法技术根据变分原理对单元进行计算，然后进行单元总体合成，模拟精度高，可解决形状复杂的铸件问题。无论采用什么数值方法，铸造过程的数值模拟软件应包括三个部分：前处理、中间计算和后处理。前处理主要为中间计算提供铸件、型壳的几何信息;铸件和型壳的各种物理参数和铸造工艺信息。中间计算主要根据铸造过程设计的物理场，为数值计算提供计算模型，并根据铸件质量或缺陷与物理场的关系预测铸件质量。后处理是指把计算所得结果直观地以图形方式表达出来。图5是铸造过程的数值模拟系统组成。
铸造过程流场、温度场计算的主要目的时就是对铸件中可能产生的缩孔缩松进行预测，优化工艺设计，控制铸件内部质量。
通过在计算机上进行铸造过程的模拟，可以得到各个阶段铸件温度场、流场、应力场的分布，预测缺陷的产生和位置。对多种工艺方案实施对比，选择最优工艺，能大幅提高产品质量，提高产品成品率。
3.2.2铸造过程数值模拟软件[5]
经过多年的研究和开发，世界上已有一大批商品化的铸造过程数值模拟软件，表明这项技术已经趋于成熟。这些软件大都可以对砂型铸造、金属型铸造、精密铸造和压力铸造等工艺进行温度场、应力场和流场的数值模拟，可预测铸件的缩孔、疏松、裂纹、变形等缺陷和铸件各部位的纤维组织、并且与CAD实体模型有数据转换接口，可将实体文件用于有限元分析。
ProCAST是目前应用比较成功的铸造过程模拟软件。在研制和生产复杂、薄壁铸件和近净型铸件中尤能发挥其作用。是目前唯一能对铸造过程进行传热-流动-应力耦合分析的系统。该软件主要由八大模块组成：有限元网格剖分，传热分析及前后处理，流动分析，应力分析，热辐射分析，显微组织分析，电磁感应分析，反向求解等。
它能够模拟铸造过程中绝大多数问题和物理现象。在对技术充型过程的分析方面，能提供考虑气体、过滤、高压、旋转等对铸件充型的影响，能构模拟出消失模铸造、低压铸造、离心铸造等几乎所有铸造工艺的充型过程，并对注塑、压蜡模和压制粉末材料等的充型过程进行模拟。ProCAST能对热传导、对流和热辐射三类传热问题进行求解，尤其通过“灰体净辐射法”模型，使得它更擅长解决精铸尤其是单晶铸造问题。应力方面采用弹塑性和粘塑性模型，使其具有分析铸件应力、变形的能力。
对铸件进行分析时，简单的模型网格可以直接在ProCAST生成。复杂模型可以由IDEAS等软件生成，划分网格后输出*.unv通用交换文件，该文件应带有节点和单元信息。Meshcast模块读入网格文件后输出四面体单元用于前处理。PreCast对模型进行材料、界面传热、边界条件、浇注速度等参量进行定义，最后由ProCAST模块完成计算。
应用IDEAS与ProCAST，我们对某发动机部件进行了凝固过程模拟。该部件由于有一个方向尺寸较薄，浇注过程中极易发生裂纹与变形，通过模拟，对浇注系统结构进行了优化，减少应力集中，防止变形和开裂，取得明显的效果。
结论：
1.计算机辅助工程与精密铸造结合而成的CA精密铸造技术具有很强的通用性，可以缩短研制周期，节约开发成本;
2.IDEAS与RPOCAST的配合，可以对复杂件进行铸造过程数值模拟;
3.计算机凝固模拟技术可用于复杂件的浇注系统设计和优化，并能较为准确的预测缺陷及其位置、变形开裂倾向，用于指导浇注系统的优化。
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