新書推薦《CAD/CAE/CFD/VPT/SC軟件協作技術》

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前 言

半個世紀來,計算機科學與應用技術的飛速發展為人類文明和社會進步做出了不可磨滅的貢獻。伴隨著計算機技術的發展,涌現出了一大批通用和專用的科學研究和工程應用軟件,解決了眾多領域的科學和工程問題,創造了巨大的經濟和社會效益。
本書主要涉及工程中常用的CAD/CAE/CFD/VPT/SC類軟件,其全稱分別是計算機輔助設計(Computer Aided Design)、計算機輔助工程分析(Computer Aided Engineering)、計算流體力學(Computational Fluid Dynamics)、虛擬樣機技術(Virtual Prototype Technology)、科學計算(與控制)(Scientific Computation)。經過幾十年的發展,這些軟件廣泛應用于航空航天、核工業、鐵路運輸業、石油化工、機械制造、能源、汽車、電子、土木工程、造船、生物醫學、輕工、地礦、水利等領域,為各領域的科學研究和工程應用做出了巨大的貢獻。
好的商用CAD/CAE/CFD/VPT/SC軟件不僅自成體系,而且具有開放性,可以和其它類別的軟件實現數據共享和集成,從而更好的解決綜合性越來越強的科學研究與工程技術問題。軟件間的無縫集成和無縫連接是人們所期望的,但由于軟件系統的相對獨立性和軟件版本不斷升級等原因,這一點往往無法實現。人們在軟件之間傳輸數據或共享模型時必須遵守某些約定、使用某些技巧和啟動某些設置,我們將其統稱為接口技術或協同工作技術,某些協作技術已經成為解決綜合性越來越強的科學與工程問題的必要手段,如利用ANSYS和ADAMS協同工作可以很好的解決機構中柔體在運轉過程中的應力應變求解問題。軟件間的協作技術隨軟件的升級在不斷更新,而且隨著科學研究和工程技術問題難度、深度的增加及解決需求的多樣化,人們也越來越認識到多手段協作的重要性和必要性。但是比較系統介紹常用CAD/CAE/CFD/VPT/SC軟件協作技術的圖書還很少見,因此,覺得有編寫此書的必要。
本書主要分4篇。第1篇為CAE篇,主要介紹計算機輔助工程分析軟件之間及與其它軟件相關的協作技術,共分5章。依次介紹MSC軟件的開放結構,MSC.PATRAN、MSC.NASTRAN的外部接口及高級開發技術;常用工程分析軟件ANSYS與3DCAD軟件、VC++、FORTRAN的接口技術、與LS-DYNA的聯合仿真;ADINA與其它軟件的相關協作技術。第2篇為CFD篇,主要講述了計算流體力學問題的完整解決方案,共分7章。首先詳解了計算流體力學的理論基礎;并分別以常用的Solidworks、ICEM CFD、Fluent、Tecplot軟件為例講述了計算流體力學問題的幾何建模技術、網格劃分技術、計算求解、結果后處理技術及各階段之間的協作技術。第3篇為VPT篇,主要介紹虛擬樣機技術(又稱為機械系統動態仿真技術),共分4章。依次介紹ADAMS特點、ADAMS與計算機輔助工程分析類軟件(ANSYS)、3D計算機輔助設計類軟件(SolidWorks、SoildEdge、I-DEAS、Pro/Engineer)、科學計算與控制類軟件MATLAB/Simulink、MATLAB/RTW之間的協作技術。第4篇為SC篇,主要介紹科學計算及控制類軟件的協作技術,共分13章。依次介紹MATLAB的M文件編程、編譯器、MATLAB COM Builder、MATLAB和ActiveX的應用集成、MATLAB與Fortran、C、C++的混合編程、MATLAB與Microsoft Excel、Microsoft Word、Microsoft PowerPoint的連接、MATLAB與Maple的符號運算、MATLAB與Visual Basic接口和MATLAB Web Server等。
本書可以作為高校、科研院所的科研人員和研究生的參考書,亦可作為廣大工程技術人員的參考書。
本書涉及較廣泛,可以開闊讀者視野,幫助讀者更好的解決問題,歡迎讀者就書中和書外的問題與作者進行討論,作者的電子郵件依次附在書后。
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目 錄

第一篇 CAE軟件篇 1
第1章 MSC軟件的開放式結構 2
1.1 MSC.PATRAN簡介 2
1.2 MSC.PATRAN與CAD的接口 2
1.2.1 MSC.PATRAN與CAD接口的界面 3
1.2.2 MSC.PATRAN中引入Parasolid的模型 4
1.2.3 利用MSC.PATRAN進行中面抽取 5
1.3 MSC.PATRAN的梁截面庫接口 6
1.3.1 MSC.PATRAN梁單元截面同外部的接口 6
1.4 MSC.PATRAN的材料庫同外部的接口 12
1.5 高級用戶化工具—— PATRAN-PCL語言 14
1.5.1 PATRAN-PCL語言簡介 14
1.5.2 PCL 的主要功能 15
1.5.3 PCL的編譯和使用 15
1.5.4 PCL語言結構 16
1.6 應用PCL開發的實例 17
1.6.1 讀寫一個文本 17
1.6.2 建立一個參數化的幾何模型 17
1.6.3 參數化的有限元網格劃分 19
1.6.4 定制一個PATRAN的下拉菜單 19
1.6.5 使用PATRAN的CPP預處理程序 22
1.6.6 定制一個PATRAN的對話框 23
1.7 MSC.PATRAN的分析接口 26
1.7.1 MSC.PATRAN分析集成介紹 26
1.7.2 MSC.PATRAN和MARC的分析集成 28
1.7.3 MSC.PATRAN和ANSYS的分析集成 33
1.8 PATRAN同外部程序的接口 35
1.8.1 讀寫系統信息 35
1.8.2 讀寫模型節點信息 37
1.8.3 讀寫模型單元信息 39
1.8.4 在PATRAN中調用外部的程序 47
1.8.5 在PATRAN中顯示結果 47
1.9 MSC.NASTRAN簡介 51
1.9.1 MSC.NASTRAN的文件接口 51
1.9.2 MSC.NASTRAN的ACCESS接口 53
1.10 用戶化開發工具DMAP語言 54
1.10.1 DMAP的指令形式 54
1.10.2 利用DMAP解矩陣方程 55
1.10.3 用DMAP提取單元剛度陣、總剛度陣、和總質量陣 57
1.10.4 利用DMAP得到結構應變能 59
第2章 ANSYS與CAD產品的接口 62
2.1 輸入Pro/E 模型 63
2.2 輸入UG模型: 66
2.3 輸入SAT模型 66
2.4 輸入Parasolids模型 67
2.5 輸入CATIA模型 68
第3章 ANSYS與VC++、FORTRAN的接口 69
3.1 將ANSYS作為子程序調用 69
3.1.1 在VC中調用ANSYS 方法1 69
3.1.2 在VC中調用ANSYS 方法2 69
3.1.3 在FORTRAN中調用ANSYS 70
3.1.4 說明 70
第4章 ANSYS與LS-DYNA聯合仿真 71
4.1 ANSYS與LSDYNA簡介 71
4.2 LSDYNA功能特點與應用領域 72
4.2.1 LSDYNA功能特點 72
4.2.2 LSDYNA常用前后處理器 72
4.2.3 LSDYNA應用領域 72
4.3 實例1 73
4.3.1 問題描述 73
4.3.2 求解思路 73
4.3.3 具體求解過程 74
4.4 實例2 101
4.4.1 問題描述 101
4.4.2 求解思路 101
4.4.3 具體求解過程 102
第5章 ADINA軟件數據接口和應用實例 106
5.1 ADINA軟件簡介 106
5.2 數據接口 107
5.2.1 數據接口簡介 107
5.2.2 數據接口安裝 113
5.3 應用實例 116
5.3.1 Pro/Engineer中曲軸模型轉入ADINA并進行靜力、動力學分析 116
5.3.2 Unigraph汽車幾何模型轉入ADINA并進行汽車風阻系數計算 118
5.3.3 讀入Nastran汽車模型轉入ADINA并進行Roof Crush模擬 119

第二篇 CFD軟件篇 121
第1章 CFD的計算機解決方案 124
第2章 理論基礎 126
2.1 CAD幾何建模 126
2.1.1 幾何建模方法 126
2.1.2 幾何建模技術 129
2.1.3 幾何建模格式 130
2.2 CFD網格劃分 132
2.2.1 單塊結構網格生成技術 133
2.2.2 分區結構網格方法 134
2.2.3 非結構網格生成技術 136
2.3 CFD計算求解 138
2.4 CFD后處理 140
第3章 CAD幾何建模的Solidworks實現 142
3.1 Solidworks介紹 142
3.2 Solidworks的建模方法 144
3.3 Solidworks建模實例 145
第4章 ICEM CFD的Solidworks直接CAD界面(DCI) 150
4.1 安裝方法 150
4.2 使用Swmif 157
第5章 CFD網格劃分的ICEM CFD實現 168
5.1 ICEM CFD介紹 168
5.2 ICEM-CFD的處理思路 168
5.3 ICEM CFD各模塊概述 170
5.3.1 CAD處理模塊 170
5.3.2 網格生成與處理模塊 174
5.3.3 網格輸出模塊 176
5.4 ICEM CFD網格劃分實例 177
5.4.1 啟動ICEM CFD 178
5.4.2 進入AutoHexa模塊 178
5.4.3 在ICEM CFD MED中編輯網格 183
5.4.4 將網格輸出到CFD求解器 185
第6章 CFD計算求解的Fluent實現 188
6.1 Fluent介紹 188
6.2 Fluent求解思路 189
6.3 Fluent求解實例 191
第7章 CFD后處理的Tecplot實現 202
7.1 Tecplot介紹 202
7.2 Tecplot的后處理思路 202
7.3 Tecplot的后處理實例 203
7.3.1 流場的可視化 203
7.3.2 流場數據的進一步處理 208

第三篇 VPT軟件篇 211
第1章 ADAMS基礎 212
1.1 激活ADAMS 213
1.2 主工具箱(Main Toolbox)綜覽 215
1.3 主窗口介紹 218
1.3.1 窗體結構(menu structure) 218
1.3.2 鼠標基本操作 224
1.4 ADAMS模型結構和檔案類型 227
1.4.1 ADAMS數據庫結構 227
1.4.2 ADAMS 對象結構(Part Structure) 228
1.4.3 ADAMS檔案結構 230
1.4.4 存盤 233
1.5 單位表示 235
1.6 常用的數學函式庫 236
第2章 ADAMS VS ANSYS 238
2.1 前 言 238
2.2 柔性體理論(ADAMS/Flex)背景 239
2.2.1 運動耦合方程式(coupling equation of motion) 240
2.2.2 模態疊加合成理論 241
2.3 使用ANSYS產生MNF檔案 241
2.3.1 實例研究 242
2.4 引用MNF檔案的規定 247
2.5 驗證柔性體的正確性 248
2.6 將載荷文件(.lod)輸入ANSYS執行瞬時分析 250
2.6.1 載荷文件(.lod文件)范例文件 250
2.7 比較MDOFs數目對模態影響 252
2.8 其它產生MNF文件之技術信息來源 254
2.9 ADAMS/Flex 工具箱 255
2.9.1 MNF資料瀏覽器 255
2.9.2 MNF轉換MTX 轉換器 256
2.9.3 MSC資料文件轉換 MNF 256
2.9.4 MNF最佳化器 257
2.10 相關附件 257
2.10.1 ADAMS.MAC 宏文件(ANSYS 7.1) 257
2.10.2 ADAMS.MAC宏文件(ANSYS 8.0) 259
2.10.3 單位換算表 263
第3章 ADAMS與3DCAD軟件協同工作 264
3.1 前 言 264
3.2 輸入外部模型 265
3.3 SolidWorks/SoildEdge軟件 271
3.4 I-DEAS軟件 275
3.5 Pro/Engineer軟件 276
3.5.1 Mechanism Pro菜單展開表 278
3.5.2 接頭類型 282
3.5.3 輸出ADAMS數據文件流程 283
第4章 ADAMS與控制軟件的協同分析 291
4.1 前 言 291
4.2 ADAMS 與 MATLAB/Simulink協同合作 293
4.2.1 如何建立輸入參數和輸出參數 294
3.2.2 案例研究- 天線座運動控制問題 296
4.2.3 使用初始命令(Initialization commands) 302
4.3 ADAMS與MATLAB/RTW協同合作 304
4.3.1 案例研究——天線座運動控制問題 304
4.4 SIMULINK與RTW的適用性和優缺點比較 312

第四篇 SC軟件篇 314
序 言 315
第1章 概 述 317
1.1 MATLAB的產生及工具箱 317
1.2 MATLAB應用程序接口 318
1.3 MATLAB與其他數學軟件比較 319
第2章 M文件編程 320
2.1 M文件簡介 320
2.2 M文件的執行結構 322
2.3 實 例 324
第3章 MATLAB編譯器 327
3.1 簡 介 327
3.2 配置MATLAB編譯器 328
3.3 實 例 330
3.4 使用MATLAB Compiler 來形成一個單機應用程序 332
第4章 MATLAB COM Builder 333
4.1 MATLAB COM Builder定義 333
4.2 實現過程 333
4.3 MATLAB COM Builder演示實例 335
第5章 MEX、MX、MAT與ENDINE函數 342
5.1 MEX文件 342
5.1.1 MEX函數庫 342
5.1.2 MEX函數庫與MX函數庫的區別 345
5.2 MAT文件 345
5.3 MATLAB計算引擎 349
5.3.1 MATLAB計算引擎的簡介 349
5.3.2 MATLAB計算引擎編程 350
5.4 小 結 352
第6章 MATLAB和ActiveX應用集成 353
6.1 MATLAB和ActiveX支持簡介 353
6.2 MATLAB作為客戶端應用 353
6.3 生成ActiveX對象和操作它們的接口的函數 354
6.4 MATLAB作為服務器端使用 357
第7章 MATLAB與Fortran混合編程 361
7.1 介紹MATLAB與Fortran 361
7.2 實 例 361
第8章 MATLAB與C語言的混合編程 369
第9章 MATLAB與C++語言混合編程 374
9.1 MATLAB與C++語言的混合編程 374
9.2 MATLAB與VC++的連接 377
9.2.1 集成的幾種方法 378
9.2 VC中編譯engine程序 378
9.2.1 問題的產生 378
9.2.2 進行VC環境設置 379
9.2.3 實例 380
9.3 在VC中編譯mex程序 383
9.3.1 VC中的mex程序的建立和設置 383
9.3.2 實例 385
9.3.3 MATLAB Add-in 388
9.3.4 結 論 391
9.4 MATLAB和C++Builder 391
9.4.1 C++ Builder6.0與ActiveX 392
9.4.2 C++Builder6中基于客戶端/服務器模型的MATLAB調用 392
9.4.3 在C++ Builder使用COM 組件 395
第10章 MATLAB與Microsoft Excel的連接 401
10.1 Excel中實現矩陣輸出 401
10.2 譜分析實例 404
第11章 MATLAB與Offices的聯用 416
11.1 MATLAB與Microsoft Word的連接 416
11.1.1 安裝MATLAB Notebook 416
11.1.2 使用MATLAB Notebook 417
11.1.3 Notebook使用時需要注意的問題 420
11.2 MATLAB與Microsoft PowerPoint的連接 420
11.3 小 結 422
第12章 MATLAB與Maple的符號運算 423
12.1 訪問Maple函數 423
13.2 運行MAPLE程序 424
12.3 小 結 425
第13章 MATLAB與Visual Basic接口 426
13.1 序 言 426
13.2 借助ActiveX部件 426
13.3 借助DDE技術 426
13.4 通過M文件 430
13.5 MatrixVB 430
13.5.1 MatrixVB簡介 430
13.5.2 在VB項目中引用MatrixVB 431
13.6 小 結 434
第14章 MATLAB Web Server 435
14.1 MATLAB Web Server的安裝 435
14.2 Internet Information Server的配置 436
14.3 MATLAB Web Server的文件演示 437
14.4 MATLAB Web Server編程 438
14.4.1 簡介 438
14.4.2 編寫html文件 439
14.4.3 配置文件matweb.conf 440
14.4.4 編寫MATLAB Web Server應用程序 440
14.4.5 編寫輸出模板html文件 441
14.5 實例編程 441
參考文獻 446

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