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1、基于MSC Patran平台的CAE专用软件的二次应用开发 基于MSC.Patran平台的 CAE专用软件的二次应用开发 摘要：通用CAE软件具有强大的工程解决能力和广泛的通用性，但缺乏专业针对性。如何将自制软件与通用软件项结合，开发出一套适合本单位实际情况的专门仿真软件，使产品设计和分析过程按步骤进行，并且高度自动化，已越来越受到国内外CAE技术人员的重视。本文综述了国内外基于MSC.PATRAN平台进行二次开发的工作，结合作者所主持开发的项目，描述了用PCL进行二次开发的范围、流程和方法，可供从事这方面工作的同志参考。 关键词：二次开发 有限元分析 CAE PATRAN PCL 1 PCL
2、二次开发的意义 美国MSC公司的Patran软件平台是世界一流的计算机辅助分析前后处理器，具有快速几何建模、通用有限元网格划分和方便的边界条件和材料特性定义的前处理功能，以及强大的有限元分析结果可视化后处理功能。但实际的工程应用都有其工程领域的专业特殊性，这些特定的专业应用领域希望有特定的功能和用户界面。为此，MSC专门提供了二次开发语言PCL，即MSC.Patran Command Language。这个命令语言是集成于MSC.Patran中的一个高级化、模块化结构的全功能计算机编程语言和用户自定义工具，类似于C语言和FORTRAN语言，具有标准C语言的几乎全部功能，可以编制具有MSC.Pa
3、tran风格特色的Motif界面或生成专用应用程序，它提供了丰富的表格和菜单库以及大量的有限元前后处理函数，供用户集成自编开发的分析程序或特定的图形界面于MSC.Patran软件系统中。 归纳起来，用PCL进行二次开发，可以实现以下功能： 专家工程分析知识集成 通过PCL编程，可以将专家头脑中的知识，以专家指南的形式，集成到Patran图形界面中，使设计工程师更精确的执行复杂的工程仿真。这样，通过应用PCL语言不断地进行工程分析和经验的积累，实现了经验知识和软件应用的整合。 用户模块和Patran的集成 虽然通用分析软件的功能很强大，但实际的工程项目仍然有可能非常复杂。研究单位针对这些专门领域
4、的工程项目，一般都有多年甚至数十年的研究，有可能发展了一套专有的或扩展了通用分析计算软件功能的程序，但一般来说，这些程序都缺少好的前后处理模块。那么，通过PCL二次开发，这些专有或扩展的计算模块，完全可以无缝地集成到Patran平台中，使软件解决问题的能力更为强大和方便。 成熟产品与Patran的接口 对于一个完整的产品生命周期，有可能应用到各种各样的CAD、CFD和CAE产品。这些软件产品功能各异、所用的开发工具也不尽相同，这样它们用于交换的数据格式也不相同。应用Patran的通用平台功能，通过开发它们与Patran的接口，就可以实现这些产品的数据交换问题。从而也使产品的设计、分析、试验以及
5、制造等环节衔接起来，提高企业产品推出的效率。 行业特定仿真软件 行业应用中的工程方法很容易用PCL二次开发来形成的垂直产品，如MSC公司和用户合作开发的Actran产品就是一个应用于声场和振动分析的例子，SuperForge则是另外一个应用于锻造产品的例子。 2 PCL二次开发的现状 目前PCL的二次开发水平以美国为最高，他们一是拥有大量的核心源代码，二是有众多的CASE工具可以利用。开发队伍除了MSC总部以外，主要集中在航空、航天、造船、汽车等行业的领导型企业的软件开发部门。但相对而言，他们还没有把PCL开发作为一项软件开发服务来看待，只是为了解决各自领域或部门的具体应用。 国内PCL开发队
6、伍也是主要集中于航空、航天、造船、汽车的大型企业，以及一些科研院所。其中，中国船舶科学研究中心从2000年开始，在冷文浩博士的带领下，通过消化、学习冷博士之前在日本MSC公司工作积累下来的多达3年的开发经验，先后承接了国内外多项开发任务，开发水平进展非常快，目前在国内处于领先水平，并成为MSC中国公司的上海研发中心。 笔者认为，PCL二次开发的方向，应该是要融合软件开发的最新技术和工程分析的最新水平。因此非常有必要建立PCL二次开发的集成环境，以提高开发的效率和质量；另外PCL二次开发要融入力学分析和流体计算的专家经验，以提高软件的适用性和解决工程问题的应用水平。 3 PCL二次开发方法 PC
7、L二次开发所提供的解决方案，提供对CAE全过程的支持，即从建模、网格划分、材料、特性、边界条件、载荷、分析一直到后处理的全过程，都支持用PCL语言编程。 用PCL进行二次开发，一般以软件工程中结构化设计方法为主，这是和PCL是一种类似于C语言的语言相适应的。开发时，也应遵循软件工程的软件生命周期管理模式，即先在完成样本模型的分析的基础上写出需求分析，然后做系统设计，这包括界面设计和算法设计、紧接着可以编写PCL代码、调试，最后是用户测试和验收。 MSC公司并没有提供集成的开发环境，因此，正欲前面所说的，为了提高开发效率，需要搭建一个PCL的二次开发环境。我们的做法是，建立了如图1所示的开发环境
8、： 图1 PCL二次开发环境 4 PCL二次开发项目实例 下面将列举我们实际开发的一些项目，供大家参考。 塑料容器跌落分析系统 本系统将塑料容器分析过程中的所有操作全部集成在Patran界面里，用户使用起来非常方便、专业。其中塑料容器壁厚的自动插值和分配，只能通过PCL编程实现。 参见附录图2图6。 浮筏冲击动响应分析 利.ran进行浮筏系统的冲击动响应分析计算，专业人士已经有了成熟而专业的建模、加载、计算和分析的工作流程。但即便如此，对他们来说，这也是一项烦琐而复杂的过程，而且不能直接得到所希望的某些直观图形结果。利用PCL，在Patran平台上开发了一套完整的浮筏冲击动响应分析系统，简化了
9、有限元建模、单元特性处理、边界/载荷条件加载以及结果后处理等过程，达到建模、特性、加载界面简洁明确，后处理快速专业，实现了使浮筏冲击动响应计算方法能为更多的非专业人员熟练操作的目的。 参见附录图7图14。 板格屈曲评估系统 本系统在Patran运行环境中，对指定模型需进行屈曲校核区域的板格应力计算结果，按照自行研制的屈曲强度校核公式进行计算，并显示安全值的分布情况，最后输出评估报告。系统实现了板格的自动划分和专有计算程序在Patran中的集成。在之前，板格的划分是手工进行的，要完成全部板格的划分和计算，是一项非常枯燥、乏味的重复劳动。采用本系统后，原本手工需要一个月工作量的任务，现在只需12天
10、就可完成。 参见附录图15图17。 Flotherm和Patran接口 本接口实现Flotherm模型及其温度计算结果向Patran中的导入，从而使其他力学分析软件可以继续完成产品的CAE分析。 参见附录图18图21。 5 总结 PCL二次开发解决方案，是对CAE全过程支持，涵盖了从Gemotry、Meshing、Loads/BCs、Material、Properties、Analysis到Result的编程开发。PCL二次开发又具有多种应用模式，包括从专家指南型界面的开发、自有计算模块的集成、CAD/CFD/CAE和Patran的接口到行业化的垂直产品开发。通过PCL二次开发，来集成行业应用
11、经验，已经在航空航天、汽车、船舶、电子等领域取得了不少的成功。 总之，利用PCL二次开发的技术，充分发挥了MSC.PATRAN前后处理的强大功能，提高了顾客分析计算的质量和效率；通过开发客户化的应用软件，使设计人员达到专家水平，能做同样复杂的分析计算。PCL二次开发，为专业应用领域的研究与应用提供了广阔的发展前景。 附录 项目实例 1 塑料容器跌落分析系统 图2 塑料容器跌落分析主菜单 图3 塑料容器跌落分析厚度插值 图4 塑料容器跌落分析厚度分布显示 图5 塑料容器跌落分析材料库 图6 塑料容器跌落分析Retrive功能 浮筏冲击动响应分析 图7 浮筏冲击动响应分析参数化建模 图8 浮筏冲击
12、动响应分析截面特性定义 图9 浮筏冲击动响应分析多点约束定义 图10 浮筏冲击动响应分析集中力加载 图11 浮筏冲击动响应分析后处理主界面 图12 浮筏冲击动响应分析加速度曲线 图13 浮筏冲击动响应分析抗力/变形曲线 图14 浮筏冲击动响应分析应力云图 3 板格屈曲分析 图15 板格屈曲分析板格自动划分主界面 图16 板格屈曲分析评估区域和板格模式定义 图17 板格屈曲分析结果分析处理界面 4 Flotherm与Patran接口 图18 Flotherm与Patran接口模型文件输入 图19 Flotherm与Patran接口网格划分 图20 Flotherm与Patran接口温度文件读入和温度场校验 图21 Flotherm与Patran接口温度分布显示 （全文完） Bug管理 测试 编译 编辑 版本控制系统 函数库 代码规范 文档模板 产品 文档 代码 板格模板 待评估区域
