【摘 要】
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计算机辅助设计（CAD）和工程（CAE）在机械设计中有重要地位，得到广泛应用。目前机械工程人员普遍采用的设计流程是：先在CAD软件中建立初始模型，然后用CAE软件仿真模拟，再根据模拟结果修
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计算机辅助设计（CAD）和工程（CAE）在机械设计中有重要地位，得到广泛应用。目前机械工程人员普遍采用的设计流程是：先在CAD软件中建立初始模型，然后用CAE软件仿真模拟，再根据模拟结果修改CAD模型，如此循环反复优化最终得到符合要求的设计。这个流程中存在三个问题：1）CAD、CAE软件之间缺乏有效集成，因此工程师必须同时熟练掌握多个软件，且必须手动进行数据转换，对工程师的要求高，且在此过程中存在数据无法双向传递的问题；2）CAE网格模型无法重用，更改CAD设计后，CAE网格模型需要重新划分，这增加了工作量，降低了优化设计的效率；3）整个过程主要依赖工程师的经验采用传统的试错法进行，设计效率低，难以找到最优解。 为此，本文研究自由网格变形技术，开发基于DAKOTA的CAD/CAE/MDO集成平台，以期实现“设计-分析-优化”流程的自动化。 1）基于DAKOTA的多学科设计优化技术。以DAKOTA为内核，提出了优化算法智能筛选方法和DAKOTA脚本文件自动生成的方法。通过用户输入的优化目标、设计变量和约束条件自动选择合适的优化算法，并生成DAKOTA脚本文件。一定程度上解决了优化算法难以选择以及优化算法难以重用的问题，使优化过程更加智能化与自动化。 2）基于自由网格变形技术的CAD/CAE/MDO集成技术。在现有的自由变形技术（Free-form deformation，FFD）基础上，提出了基于三变量 B样条基函数的局部变形方法和对变形晶格顶点的控制方法，以及“几何特征-变形晶格顶点-有限元网格节点”的三层控制架构，克服了现有自由变形技术不能保持二次几何特征的缺点，实现了有限元网格模型中几何特征的参数化，进而实现有限元网格的重用。以自由变形技术为媒介，提出“CAD?FFD?CAE”的集成模式，使CAD和CAE模型的数据能够双向传递，解决了以往CAD/CAE集成系统数据不能双向传递的问题。 最后，通过实例验证的本文方法与系统的可行性与实用性。
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