[00117089]有限元分析与优化设计软件系统JIFEX5.0

“工业装备结构优化设计方法和软件及其应用”项目成果是在国家高技术研究发展计划(863计划)先进制造与自动化技术领域现代集成制造系统技术主题数字化设计与制造专题项目“CAE/CAD集成与优化设计技术及软件产品开发（2001AA412220）”、国家973计划项目“大规模科学计算研究（G1999032805）”以及国家自然科学重点基金“耦合系统的多学科优化设计理论与数值方法（10032030）”的支持下取得的。项目的成果包括工业装备结构分析与优化设计的基本理论和方法、CAE软件产品以及工程应用等三个主要方面。项目取得的重要理论研究成果包括：1) 在热结构优化分析中，提出了基于有限元方程的直接法和伴随法的计算方法，其中耦合热屈曲和热振动伴随法的列式为首次给出。2) 在温度场优化方面，证明了瞬态热传导有限元分析的精细积分方法中，指数矩阵在变换下具有对称性，利用该对称性不仅节省约一半的存储开销，而且在大量的矩阵乘法运算中大幅度地提高计算效率。3) 在参数化形状优化方面，提出了基于CAD的参数化动态有限元模型描述和自动更新方法，为产品设计提供通用的、高效率的有限元建模方法，并为先进的三维参数化形状优化设计提供关键技术基础。4) 在结构动力响应优化方面，提出了瞬态响应的灵敏度分析算法，将精细积分与半解析灵敏度分析算法相结合，开发了结构时域响应灵敏度分析的高效率的创新算法。5) 在组合结构屈曲优化方面，在结构屈曲荷载优化设计研究方向的创新点包括复杂结构热屈曲问题的优化设计、机械荷载作用下屈曲荷载的高效率灵敏度分析算法。6) 在热弹塑性接触分析方面，基于参数规划算法的热接触耦合分析算法的建立是具有显著中国特色的接触计算的算法体系，所发展的算法体现出健壮的迭代收敛性。7) 在精细积分方法方面，提出自适应精细积分方法、增维精细积分方法等结构动力学计算新算法。8) 在CAD/CAE集成技术方面，提出一种基于组件技术的通用、高效、可扩展、并可与多种三维CAD平台访问的统一几何与拓扑接口方法，能够方便地实现多CAD多CAE系统的集成。9) 在有限元网格剖分方面，提出边界恢复算法和消除薄元方法-薄元分解法，解决了三维约束Delaunay三角剖分中的凹域问题与薄元问题，实现了复杂三维实体的四面体网格全自动生成；提出虚边界调整算法，解决了闭合曲面在相关线处网格生成质量得不到保障的难题，实现了复杂三维组合曲面的高品质网格生成方法。10) 在有限元图形处理方面：提出并实现了跨平台统一图形界面和体绘制计算可视化等。项目开发出有自主版权新一代结构有限元分析与优化设计软件JIFEX5.0，JIFEX5.0采用了最新的计算机硬件和软件技术，以AutoCAD/MDT软件作为产品设计平台，将有限元建模与CAD几何造型设计集成一体，实现了基于CAD参数化造型的三维实体与组合曲面有限元模型全自动数据生成。与前几个版本相比，在软件的集成性、可靠性、稳定性、使用方便性以及运行效率等方面均有更好的特性。JIFEX5.0软件由结构有限元建模前置处理、有限元分析、结构设计优化、计算结果可视化图形后置处理四个子系统构成。JIFEX5.0在有限元分析与优化设计功能的研究开发方面新的重要进展是：非线性瞬态热传导分析与优化、相变热传导分析与优化、热-弹塑性接触分析、传热-应力耦合分析与优化、结构随机振动响应分析与优化。在有限元前后处理功能和用户界面上，有了很大改进和完善，开发了效率、质量和可靠性更高的组合曲面与三维实体有限元网格自动生成算法，计算可视化的图形处理规模和效率显著提高。项目成果已在重要工业装备与产品的优化设计中展开实际应用，在沈阳鼓风机厂、大连机床厂、海军装备等众多行业中成功应用，已创造直接经济效益达亿元以上。在工业装备结构的优化设计中发挥了十分重要的作用。