附件C：譯文

齒輪系統(tǒng)一體化的有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)
Chien-Hsing Li, Hong-Shun Chiou, Chinghua Hung,
Yun-Yuan Chang,Cheng-Chung Yen
臺(tái)灣，新竹，大學(xué)路100號(hào)，國(guó)立交通大學(xué)，機(jī)械工程系
臺(tái)灣，新竹，工業(yè)技術(shù)研究院

摘要:本文通過(guò)齒輪系統(tǒng)的測(cè)試?yán)?建立了一批名為“一體化的有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)”的模塊。這一批模塊由I - DEAS軟件， ABAQUS / Standard和MOST軟件作為預(yù)處理，分別對(duì)數(shù)值求解和優(yōu)化。這種簡(jiǎn)單實(shí)用的方法是，通過(guò)這一模塊能夠搜索相關(guān)節(jié)點(diǎn)和單元，并自動(dòng)對(duì)接觸面進(jìn)行分析。一個(gè)簡(jiǎn)單的齒輪副裝置和完整的行星齒輪系統(tǒng)先后被用作測(cè)試的這一集成模塊例子。輸入傳動(dòng)裝置的參數(shù)后，該模塊將自動(dòng)構(gòu)造幾何模型，通過(guò)分析得出解決接觸應(yīng)力的最佳解決方案。該結(jié)果將提高技術(shù)裝備的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：有限元分析;優(yōu)化設(shè)計(jì);行星齒輪系統(tǒng);接觸應(yīng)力分析

1. 介紹
傳統(tǒng)上都是用簡(jiǎn)單的公式解決相當(dāng)復(fù)雜的工程問(wèn)題。而現(xiàn)代工程師通常會(huì)使用各種軟件，以提高各階段的研究和開發(fā)效率。然而，由于各種軟件之間通常不能互相交互，這實(shí)際上使一體化的工作非常困難。例如，有限元軟件廣泛應(yīng)用于各種工程問(wèn)題，如結(jié)構(gòu)分析，導(dǎo)熱性和電磁問(wèn)題等。優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件包幫助解決優(yōu)化設(shè)計(jì)的變量。一些商業(yè)項(xiàng)目已成功地將這兩個(gè)系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)合并為一個(gè)批處理模塊，但它們的應(yīng)用非常有限。許多實(shí)際設(shè)計(jì)問(wèn)題，特別是那些需要采集幾何參數(shù)做為設(shè)計(jì)變量時(shí)，仍需要工程師反復(fù)處理不同的CAD ， CAE技術(shù)，并優(yōu)化軟件。
對(duì)于齒輪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先根據(jù)齒輪原始的結(jié)構(gòu)尺寸，使用CAD軟件建立一個(gè)幾何模型，在該模型上劃分網(wǎng)格進(jìn)行應(yīng)力分析。如果分析的結(jié)果并不令人滿意，由于未能分優(yōu)化設(shè)計(jì)，齒輪結(jié)構(gòu)尺寸必須修改，幾何模型和有限元網(wǎng)格也必須重建。這些繁瑣的步驟，必須反復(fù)進(jìn)行，直至得到最優(yōu)解。在本研究中，一個(gè)名為“一體化的有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)”的批處理模塊被開發(fā)出來(lái)用以縮短上述程序。齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸可以通過(guò)這個(gè)批處理模塊得到最佳的解決方案，并且這一過(guò)程是自動(dòng)進(jìn)行的。因此，工程設(shè)計(jì)人員不再需要多次重建模型了。這樣，就可以更有效率的為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界研究齒輪系統(tǒng)。
三個(gè)軟件， I - DEAS， ABAQUS / Standard和MOST分別用于模塊預(yù)處理，有限元分析和優(yōu)化。通過(guò)一個(gè)界面程序，連接這三個(gè)軟件包。此外，聯(lián)系節(jié)點(diǎn)和元素的搜索算法被開發(fā)，并納入本單元，以解決齒輪系統(tǒng)分析的接觸問(wèn)題。
下面將用兩個(gè)齒輪系統(tǒng)作為例子來(lái)驗(yàn)證測(cè)試這種集成模塊的作用。第一個(gè)是一個(gè)小齒輪和一個(gè)齒輪組成的簡(jiǎn)單的齒輪系統(tǒng)，其中壓力角被選定為設(shè)計(jì)變量和最小接觸應(yīng)力的目標(biāo)函數(shù)。另一個(gè)是包括一個(gè)太陽(yáng)齒輪，行星齒輪和三個(gè)一個(gè)固定齒圈的一個(gè)完整的行星齒輪系統(tǒng)。

2. 集成模塊的組成
圖1展示了組成集成模塊的各個(gè)部分。下面將介紹各部分的詳細(xì)內(nèi)容。