基于UG的刮板输送机CAE分析评价系统设计

张 晔，王学文，丁 华，杨兆建

ZHANG Ye, WANG Xue-wen, DING Hua, YANG Zhao-jian

（太原理工大学 煤矿综采装备及智能化山西省重点实验室，太原 030024）

0 引言

随着我国机械制造业发展，CAE分析技术已深入工程设计领域，贯穿于产品设计和研发的整个过程[1]，面对极大丰富的CAE数据信息，高效的知识管理与共享至关重要[2]。采用CAD软件集成数据库技术对大量复杂数据进行有效管理已成为亟待解决的问题。目前，CAE技术应用日趋广泛，但要求企业设计人员，掌握有限元软件完成CAE分析，尚存在一定难度[3,4]。考虑降低设计人员使用有限元软件难度，简化对计算结果的整理和分析过程，开发一个辅助设计人员有效利用CAE分析数据的系统尤为重要。

本文将以UG/NX 7.5为平台，将NX/Open API与MFC联合，建立交互界面和*.dll可执行程序，通过SQL Server数据库管理技术，设计一个与专业知识库相结合、实用性强的CAE系统。系统将简化用户有限元分析操作过程，并可对刮板输送机CAE分析信息进行管理，降低刮板输送机知识资源获取成本，为刮板输送机智能化设计和提高设计效率提供服务。

1 系统总体设计

从用户需求出发，CAE分析评价系统主要包括零部件CAE分析前、后处理数据的有效管理和后处理结果的查阅评价。根据以上需求，系统设计采用C/S结构框架[5]，由客户层和数据层两部分组成，如图1所示。客户层主要辅助设计人员完成对CAE信息的读取、查询、添加，以获得所需的设计知识和经验。数据层主要将刮板输送机各零部件知识信息通过系统界面存储到知识数据库中，方便数据维护。

图1 系统设计流程

2 数据库设计

系统以CAE分析类型建库，库内包含3个数据子库（结构静力学分析数据库、瞬态动力学分析库和模态分析数据库）,各子数据库以“一级部件名”建表，均由4个数据表组成（机头/机尾部、机身部、推移装置、附属装置）如图2（a）所示，每个表中包含的信息有：零件名、单元类型、材料类型等，如图2（b）所示。以刮板输送机结构静力学分析数据库（库名GBJ-statics）为例，如表1所示，设定“图纸代号”为主键。

图2 数据库结构

表1 结构静力学分析数据库数据结构

3 系统平台的建立

3.1 交互式界面设计

系统界面设计主要运用MFC创建应用程序框架，主控平台界面包括查询评价系统入口和数据库扩展系统入口。进入系统后，可根据需求选择分析类型（结构静力学分析、瞬态动力学分析、模态分析）。查询评价界面由参数输入区、参数显示区、图片显示区、文字注释区和分析评价区五个部分组成。数据扩展界面由参数输入区、图片显示区和文字注释区三个部分组成。

本系统查询方法包括：精确查询、模糊查询和复合式查询。在精确查询中，用户可以选择一级部件名并输入图纸代号；复合式查询时，用户可以通过选择一级部件名、二级部件名、零件名、材料类型中对所查找数据进行多条件限定。刮板输送机CAE分析关键零部件信息如图3所示。

图3 刮板输送机CAE分析关键零部件

3.2 关键开发技术

1）ADO数据接口技术

由于ADO中的对象是以接口指针形式提供[8]，为便于使用，在CAE工程中添加名为ADOConn的C++类，将ADO对象封装到数据库操作类中，实现后台数据库访问。具体步骤为：

(1)ADOConn.h中使用预编译指令#import引入ADO库定义文件；

(2)添加指向Connection对象的指针，在ADOConn.cpp 中初始化COM 库，调用CreatInstance()创建连接对象的实例，调用Open()函数实现与数据源连接；

(3)利用建立好的连接，创建记录集对象m_pRecordse获取结果记录集；

(4)使用完毕后关闭连接释放对象。

2）注册动态链接库技术

系统以动态链接库内部UF形式创建编译，通过添加新文件ug.h和ug.cpp，建立API编程框架。工程主文件ug.cpp，用于放置User Exit函数代码。选择UG入口函数ufusr()，在UG/OPEN回调函数中使用MFC类[9]，实现UG调用动态链接库访问程序。UF程序入口User Exit关键代码如下：

3）图片数据读取技术

本文将图片数据以二进制数据流形式存储，代替传统存储路径的方式，避免数据分开存储。在图片查阅中，以标签控件为载体，可同时显示数张图片。具体读取过程为：为图片添加变量m_hBitmap，通过调用AfxGetApp()函数得到工程对象指针，查询数据时，将数据库中二进制数据流转换成位图，再调用OnPaint()函数完成图片绘制显示。

4 实例分析

以圆环链和哑铃销为例，介绍刮板输送机CAE分析评价系统的操作过程。首先启动UG，进入“刮板输送机数字化设计系统”→“CAE分析子系统”，如图4所示。

图4 刮板输送机CAE分析评价系统主界面

4.1 查询评价功能

通过右侧标签控件选择结构静力学分析，进入系统查询评价界面，如图5所示。

第一步：选择一级部件名【机身部】，二级部件名【刮板链】，单击【查询】按钮。参数显示区显示零部件CAD信息（零件图纸代号、所属部件名和零件名等）和CAE分析前处理信息（零件材料、单元类型和受力情况等）。

第二步：右键点击“GB/T12718-91型圆环链”，选中【打开图片】，在图片显示区得到圆环链CAE分析后处理数据。

第三步：切换单选按钮，查询图片下方对应的文字信息，使设计人员更直观的读懂CAE后处理图片数据，辅助其进行零部件结构设计。

第四步：输入最大应力值，选择材料类型及安全系数，单击【评价】按钮，完成材料强度分析，并给出解决方案。

图5 刮板输送机CAE查询评价系统

4.2 数据库扩展功能

选择无预应力模态学分析类型，如图6所示。输入哑铃销零件信息，选择标签控件插入对应CAE后处理图片和文字注释，单击【保存】按钮，等待系统提示“数据保存成功！”。

图6 刮板输送机CAE数据添加系统

5 结论

以刮板输送机CAE分析数据为基础，运用面向对象的可视化程序设计技术实现了规范统一且具有普遍应用价值的刮板输送机设计CAE知识管理系统，为用户提供了基于可视化技术的数据查询、存储和设计方案评价等服务。该系统具有可移植性，为其他机械产品的CAE分析评价系统平台开发提供了技术参考。

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