一、前言

　　工程技術人員基于CAD軟件對產品進行研發設計時，參數化設計方法主要是指將模型中的定量信息變量化，使之成為可任意調整的參數。這樣，在后期對產品進行裝配驗證、性能分析時就可以方便地對各種變量化的參數賦予不同數值，從而得到不同大小和形狀的零件模型。參數化設計的主要優勢在于其能夠大幅度提高產品研發設計的效率與質量，從而有效縮短產品的研發設計周期，并降低相關成本。同理，對于CAE分析，借助于參數化，則可以對有限元模型中的部分關鍵參數進行修改以達到反復分析各種尺寸、不同載荷大小的多種設計方案或者序列性產品(產品不同結構空間尺寸或位置變化)，從而極大提高分析效率，減少分析成本。

　　二、簡單的有限元參數化模型

　　簡單的有限元參數化模型主要是指對梁單元的相關截面尺寸(圖1)和板殼單元的厚度尺寸(圖2)，以及在具體位置施加載荷的數值大小進行修改和調整，以校核不同設計方案對結構相關性能的影響。

　　借助于現有的主流有限元模型軟件界面的交互操作功能，實現上述功能輕而易舉。其主要劣勢在于無法實現當結構空間尺寸或位置變化時(如結構整體的長、寬、高尺寸變化或整體的旋轉和俯仰等)的參數驅動。

　　三、全尺寸驅動的有限元參數化模型

　　所謂全尺寸驅動的有限元參數化模型主要是指在對結構進行有限元分析的過程中，將模型所涉及到的所有不同工況中可能需要調整的相關尺寸進行參數化設計。這樣，當參數化模型確定后，便可以在短時間內分析結構所有工況及不同的結構方案，從而快速確定結構的最優設計方案及其相關性能。當前，全尺寸驅動的有限元模型參數化建模方法主要有兩種趨勢：①界面交互方式幾何模型驅動;②專用程序語言驅動。這兩種有限元模型的參數化建模方法主要來自于兩種不同類型的有限元模型分析軟件。

　　1.界面交互方式幾何模型驅動

　　以界面交互方式幾何模型驅動為主的有限元模型參數化建模方法，主要來自于在CAD軟件基礎上發展起來的CAE分析軟件，其充分發揮既成的在CAD參數化設計功能方面的優勢，將CAD中的幾何模型與CAE模型中的前處理模型完全關聯起來，當CAD模型通過控制參數發生改變時，有限元模型會隨之產生相同的變化，并自動完成有限元網格的更新與劃分，且保持先前的邊界條件不發生變化，從而實現利用CAD的參數化驅動有限元模型的參數化。如圖3所示，當孔的大小和位置在CAD模型中通過參數化控制使其尺寸改變后，進入到CAE模塊時，有限元模型會自動更新而不再需要做任何處理。

　　這種方法處理起來簡單，很適合在CAD基礎上想進一步學習并掌握CAE分析的工程技術人員。但是，這種方法同時也有一定的局限性，當結構相對較為復雜且驅動尺寸較多時，更新處理就會相對困難，甚至出現錯誤。而且，其僅能對結構幾何模型的相關參數進行驅動，而且模型的適用性也有一定的局限性，主要以實體(3D單元)模型見長。

　　2.專用程序語言驅動

　　以專用程序語言驅動為主的有限元參數化建模方法，主要來自于專業的有限元分析軟件，其除了界面交互功能外，還提供專門的參數化語言程序端口。借助于相對較為簡單的專用程序語言不但可以實現建模、加載以及后處理過程的參數化分析，而且還可以開發專用有限元分析程序，或者編寫經常重復使用的功能小程序，實現特殊載荷的施加或按規范對結構局部進行強度和剛度的校核等。總之，程序語言在很大程度上擴展了有限元分析之外的能力，提供建立標準化零件庫、序列化分析、設計修改、設計優化以及更高級的數據分析處理能力。

　　但是，由于有限元分析過程中程序語言的書寫，要求所涉及到的關鍵點、線、面和體以及節點、單元的編號準確無誤，所以這種方法對于以梁單元為主的結構模型、簡單的板殼單元模型和實體單元模型較為適用。對于復雜的板殼單元模型，由于結構某處增加或減少筋板時，整個結構的面編號會發生很大變化，若再在程序語言中調整相關面的編號的話，會浪費更多的精力和時間，反而不如直接利用界面交互方式進行設計分析的效率高。

　　四、結構參數化模型創建舉例

　　圖4所示為某裝船機回轉與俯仰結構示意圖，以回轉角度A和俯仰角度B為控制參數，簡單介紹一下通過程序語言(以 APDL語言為例)實現參數化建模的方法。由于旋轉軸與俯仰軸 不相交，所以需要創建兩個局部坐標系分別用于單獨回轉部分 和既回轉又俯仰部分的建模。用于單獨回轉部分的局部坐標系 通過“local，11，0，a，b，c，0，0，A”命令(其中，a、b和c是編號為11的局部坐標原點在總體坐標系中的坐標)很容易創建。而用于既回轉又俯仰部分的局部坐標系，僅需要在上步創建的局部坐標系中創建出參考節點2、3和4(2點位于俯仰鉸軸的中點)，其中節點4是通過命令“ngen，2，2，2，L*cos(B)，L*sin(B)，0”(L為節點4至節點2的距離，可任意賦值)創建，這樣再利用命令“cs，12，0，2，4，3”創建出編號為12的第二個局部坐標系，然后在此局部坐標下對既回轉又俯仰部分進行建模。如此，便可實現對回轉角度A和俯仰角度B的參數化控制。#p#分頁標題#e#

　　五、結論

　　通過參數化控制進行有限元分析，可以大幅度提高工作效率，減少分析成本。對有限元模型進行參數化建模時，界面交互式幾何模型驅動方法主要適用于結構相對較為簡單的實體模型，而基于專用程序語言的驅動方法主要適用于以梁單元為主的結構模型、簡單的板殼單元模型和實體單元模型。前者在CAD軟件的基礎上學習起來，相對較為簡單，而后者則需要操作者不但要熟練掌握有限元分析軟件界面的操作方法，還必須具備一定的程序語言編寫基礎。