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一、CAD:CAD是以设计者为主体，设计者利用计算机辅助设计系统的资源，对产品设计进行规划、分析、综合、模拟、评价、修改、决策并形成工程文档的创造性活动。特点：提高设计效率；提高设计质量；利于成组设计；修改设计方便；设计与分析统一；易于实现产品数据的标准化；易于实现网络的协同设计；无图纸化生产的前提；为实现产品生命周期管理系统（PLM）提供基础。工作过程：1、进行功能设计，选择合适的科学原理或构造原理；2、进行产品结构的初步设计，产品的造型和外观的初步设计；3、从总图派生出零件，对零件的造型、尺寸、色彩等进行详细设计，对零件进行有限元分析，是结构与尺寸与应力相适应；4、对零件进行加工模拟，如注塑、压铸、锻压或机械加工等过程进行模拟，从模拟过程中发现制造的问题，进而提出对零件设计的修改方案；5、对产品实施运动模拟或功能模拟，对其性能做出评价、分析和优化，最终完成零件的结构设计。CAD系统的硬件：主机、输入设备（鼠标、键盘、数字化仪、扫描仪、三坐标测量仪）、输出设备（显示器、绘图仪、打印机、快速成形机）、信息存储设备（外存、硬盘阵列、光盘、磁带机）、网络设备多媒体设备。软件：系统软件（主要用于计算机的管理、维护、控制及运行，以及对计算机程序得翻译和运行。包括操作系统、编译系统）、支撑软件、应用软件（设计计算型、检索绘图型、交互设计型）接口：是一种能够实现两个以上系统间信息交换的程序或方法。其核心内容就是由其中一个系统（文件）读出信息，将信息写入另一个系统（文件）。数据交换标准：IGES/STEP/STEP-NC.参数化设计（将模型中的定量信息变量化，使之成为任意调整的参数。用约束来表达产品几何模型，定义一组参数来控制设计结果，从而能够通过调整参数来修改设计模型。特点：基于特征、全尺寸约束、尺寸驱动设计修改、全数据相关）。变量化设计特点：将形状约束和尺寸约束分开来处理；工程关系可以作为约束直接和几何方程耦合，然后再通过约束解算器统一解算，方程求解顺序上无所谓；解决任意约束情况下的产品设计问题，不仅可以做到尺寸驱动，也可以做到约束驱动。二、工程数据计算机处理的3种方法：工程数据程序化、建立数据文件、建立数据库。工程数据程序化（包括数表程序化和线图程序化，是将工程数据直接编写在应用程序中，可对数据进行查询，整理和计算，但是不可以对数据进行更改）、建立数据文件（无管理程序，但有一个独立的数据文件，若不带有数据文件，则不可以使用）、建立数据库（有管理程序，是最复杂，但却是最有效最方便的方式，是数据文件的特有形式）。数表程序化指将数据以数组、数据文件、拟合公式和插值公式的形式给出，并利用应用程序来处理、调用和检索查询。方法：用数组的形式程序化数表、插值（线性插值；抛物线插值；拉格朗日一元n次插值；二维数表插值）、数表拟合公式化。最小二乘法就是将离散数据（数表中的数据）近似地表示为一连续函数pn(x)，通过找出一条平滑的最佳拟合曲线来代替离散的数表数据。线图程序化1获取线图的原始公式，将其编入程序；2将线图转换成数表然后利用前面介绍的数表程序化的方法进行程序化处理；3用曲线拟合的方法求出线图的近似公式，再将近似公式编入程序。ProductDataManagement，PDM(产品数据管理)：以软件技术为基础，以产品为管理的核心，以数据、过程和资源为管理信息的三大要素。数据文件：顺序文件和随机文件三、图形学基础几何变换(简称图形变换)是对一个二维或三维图形的表示和处理。从原理上讲，图形变换就是将图形上点的坐标变换成新图形上对应点的坐标。计算机绘图系统：图形输入设备（键盘；鼠标；数字化仪；图形扫描仪；数码相机）图形输出设备（图形显示器；打印机；绘图机）齐次坐标：就是用n+1维向量表示一个n维向量。齐次坐标表示在CAD中应用表现在对一个几何形体和它的图形上几何元素的描述。复合变换：由几个基本变换有序地结合所构成的变换成为组合变换或复合变换。计算机绘图软件的功能：窗口定义与视区；图形描述；图形编辑与变换；图形控制；图形文件处理；交互处理功能。绘图软件的类型：基本绘图指令软件、图形支撑软件、专用图形软件。图形软件标准：图形标准（GKSPHIGSOpenGL）图形和图像编码（CGM、CGI）数据交换标准（IGES、STEP）。工程中常用的曲线：规则曲线（圆锥曲线、摆线、渐开线）自由曲线（三次参数样条曲线、圆弧样条曲线、贝塞尔(Bezier)曲线、B样条曲线、NURBS曲线）定义：通常是指不能用直线、圆弧和二次圆锥曲线描述，而只能用一定数量的离散点来描述的任意形状的曲线。为何要进行图形变换？答：被描述的对象和显示屏幕或图纸的环境是很不相同的，不仅位置不同，大多数情况下尺寸也很不相同，这就需要变化来调整这两者之间的关系。四、CAD/CAM建模中，建模技术是将现实世界中的物体及其属性转化为计算机内部可数字化表示、分析、控制和输出的几何形体的方法。意义：建模技术是产品信息化的源头，是定义产品在计算机内部表示的数字模型、数字信息及图形信息的工具，它为产品设计分析、工程图生成、数控编程、数字化加工与装配中的碰撞干涉检查、加工仿真、生产过程管理等提供有关产品的信息描述与表达方法，是实现计算机辅助设计与制造的前提条件，也是实现CAD/CAM一体化的核心内容。几何造型：以计算机能够理解的方式，对实体进行精确的定义，赋予一定的数学描述，再以一定的数据结构形式对所定义的几何实体加以描述，从而在计算机内部构造一个实体模型。分为线框模型：利用产品形体的棱边和顶点来表示产品几何形状，描述的是产品的轮廓外形，其生成的实体模型由一系列的直线、圆弧、点及自由曲线组成。线框模型的数据结构采用表结构。计算机内部存贮物体的顶点和棱线信息；表面模型：表面建模是将物体分解成组成物体的表面、边线和顶点，用顶点、边线和表面的有限集合表示和建立物体的计算机内部模型；实体模型：实体模型是由若干表面组成的封闭体，这些表面之间具有一定的拓扑关系。区别;实体模型与表面模型的区别在于，前者构成形体的表面之间具有一定的拓扑关系，表面的方向可以判断形体在表面的哪一侧。由于实体模型能够定义三维物体的内部结构形状，因此能完整地描述物体的所有几何信息。实体模型支持剖切、消隐、物性计算和有限元分析。实体造型的理论基础：1、形体的信息结构（六层拓扑结构：体壳面环边定点）2、正则集合运算（通过布尔运算得到。具有良好边界的形体定义称为正则形体。正则形体没有悬边、悬面或一条边有两个以上的邻面）3、欧拉检验公式符合欧拉公式的物体称为欧拉物体。V-E＋F=2B－2G＋L；F—面数V—顶点数E—边数B—相当于独立的、不相连接的多面体数L—所有面上未连通的内环数（面中的空洞数）G—贯穿多面体的孔的个数（体中的空穴数）；（3）实体造型的基本方法：（1）边界表示法将物体定义成由封闭的边界表边界表示法的基本思想是将物体定义成由封闭的边界表面围成的有限空间。这样一个形体可以通过它的边界，即面。（2）结构实体表示法(ConstructiveSolidGeometry)简称CSG法，是一种利用一些简单形状的体素（如长方体、圆柱体、球体、锥体等），经变换和布尔运算构成复杂形体的表示模式。（3）CSG和B-Rep混合表示法是建立B-Rep和CSG法基础上，在同一CAD系统混合表示法是建立B-Rep和CSG法基础上，在同一CAD系统中将两者结合起来形成的实体定义描述法,即在CSG二叉树的基础上，在每个节点上加入边界法的数据结构。基础上，在每个节点上加入边界法的数据结构。（4）空间单元表示法通过系列空间单元构成的图形表示物体特征建模是以几何模型为基础并包括零件设计、生产过程所需的各种信息的一种产品模型方案。特征建模的特点：1、特征引用直接体现设计意图，产品设计工作在更高层次上展开，使产品在设计时就考虑加工、制造要求，有利于降低生产成本2、产品设计、分析、工艺准备、加工、检验各部门之间有了共同语言，产品的设计意图贯彻到各环节3、针对专业领域的需要建立特征库，快速声称需要的形体4、特征建模技术着眼于更好更完整的表达产品全生命周期的技术和生产组织、计划管理等多阶段的信息，着眼于简历CAD系统与CAX系统、MRP系统与ERP系统的集成化信息平台特征反映设计者和制造者的意图是由一定拓扑关系的一组实体元素构成的特定形状，它还包括附加在形状之上的工程信息，对应于零件上的一个或多个功能，能够被固定的方法加工成形。分类：从产品整个生命周期：设计特征、分析特征、加工特征、公差及检测特征、装配特征等；从产品功能上为：形状特征、精度特征、技术特征、材料特征、装配特征；从复杂程度上为：基本特征、组合特征、复合特征。STEP标准将形状特征分：体特征、过渡特征、分布特征。几何参数模型包括两个主要概念：几何关系和拓扑关系。约束：尺寸约束、几何约束。五、Solidworks：1、设计的两种方法：自底向上：先设计零件，再装配。自顶向下：由整体装配思路，再逐个画零件。2、建特征应以基准面为基准。3、基准面由什么担任：系统自带的三个基准面；所建特征的表面；用户自定义的基准面。4、自定义基准面的方法：点+线；点+面；与平面成一定角度；垂直与曲线；与平行面等距。5、建立特征的方法：拉伸、旋转、扫描成型、放样成型、减材料。6、零件之间的位置关系：同轴、面面接触、平行、等距、垂直。7|如何知道零件体积重心的位置8如何装配：通过零件之间的关系：平行，重合，相切，垂直，同轴心，面与面的角度和距离六CAE计算机辅助工程CAE:定义：利用计算机对设计方案进行分析，包括工程分析、数据管理、试验、仿真等等。。有限元法的基本思路是将一个形状复杂的连续体的求解区域分解成有限个单元组成的等效组合体,通过将连续体离散化，把求解连续体的场变量(应力、位移、压力和温度等)问题简化为求解有限个单元结点上的场变量值。基本思想：“化整为零，集零为整”。有限元法是求解数理问题的一种数值计算方法。步骤：前处理：建立有限元模型；计算：集成并求解系统方程组、施加定解条件（约束和荷载）；后处理：分类、检索、列表和显示计算结果。前置处理（几何模型生成、有限元网格的自动生成、有限元属性数据的生成、模型检验，错误诊断与修改）包括：选择单元类型，划分单元，确定各节点和单元的编号及坐标，材料性质…后处理实现的主要内容（1将节点位移、单元应力或内力等力学数据，转换为设计人员所关心和熟悉的设计参数；2对浩繁的数据进行编辑，筛选出关键的有用数据；3利用计算机图形显示和绘图更加形象、有效地表示有限元模型和计算结果）通常使用后置处理器自动处理分析结果，并根据操作者的要求形象化为：变形图、应力等值线图、应应变彩色浓淡图、矢量图及振型图，…，直观显示载荷作用下零件的变形，零件各部分的应力、应变或温度场的分布…静态计算：1设置分析类型2定义单元及材料3建立桁架几何图形4施加负载5分析6结果。动态计算：1设置分析类型2定义单位及截面3定义材料属性4绘制几何图形5分格6板底端约束7振动特征值分析8结果。AnsysWorkbench通过StaticStructural－Mechanical模块进行静力学分析。AnsysWorkbench静力学分析流程：①选择StaticStructural模块②构建几何模型③添加材料信息④设定接触选项（装配体）⑤网格划分⑥施加载荷和约束⑦设定求解参数⑧求解⑨观察求解结果。StaticStructural模块工作流程（1StaticStructural2EngineeringData工程数据3Geometry：建立几何模型4Model划分网格5Setup施加载荷和边界条件6Solution求解7Results结果后处理）Ansys:固有模态和固有频率是一一对应的。振动模态：系统的每一个固有频率都有一个对应的模态振型。模态分析步骤1：载入模型第2：指定分析标题并设置分析范畴3：定义单元类型4：指定材料性能5：划分网格6：进入求解器并指定分析类型和选项7：施加边界条件.8：指定要扩展的模态数。9：进行求解计算10：列出固有频率“Mod