基于STEP数据核的有限元后处理技术的研究
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摘要
本文主要研究基于STEP/AR104数据核的有限元后处理技术；其机理是在现有的有限元本体程序和产品数据交换国际标准STEP的基础上，给出一种通用的有限元数据交换模型。以集成资源STEP/AR104为基础构建一个能满足有限元后处理需要的数据核，来实现有限元分析本体程序和后处理系统之间的数据交换，并用OpenGL对其数掘进行可视化。本文中论述的技术的最终目的是实现多目标，即能与多个有限元分析本体程序实现连接。
论文第一章概述了CAE软件的现状、CAE的发展趋势，并论述了本文的研究目的、意义及主要研究内容和技术路线。
论文第二章简要介绍了STEP标准的原理及组成结构，及其所涉及的一些主要内容。作为一种产品全生命周期数据的形式化信息建模工具，STEP的描述语言EXPRESS在本文中得到了简要的陈述。
STEP国际标准的日趋成熟，对CAD/CAE集成的发展是一个极大的推动。作者在第三章中提出了基于STEP/AR104的数据结构设计，阐述了基于STEP数据核进行有限元后处理的意义，并对有限元分析全过程所需的数据和有限元模型的数据结构进行了分析，对STEP/AR104进行了详细的分析与介绍。
第四章是关于基于STEP/AR104数据核的有限元后处理系统的实现部分。该部分介绍了基于STEP/AR104数据核的有限元后处理系统的设计流程图，有限元分析后处理子集POSTFEA的构建，以及AR104中的主要实体到C++的映射。
在第五章中介绍了独立于操作系统的三维图形库OpenGL，以及在OpenGL环境下的MFC图形编程方法和人机交互技术。
论文的第六章介绍了本有限元后处理系统所实现的功能。
最后，在第七章总结了全文的主要研究成果，并展望了未来的研究方向。
In this paper, the post-processing technology of finite element based on STEP core data is studied. A data exchange model between finite element analysis programs and post-processing systems was proposed based on the STEP standard. In order to carry out the data exchange between finite element analysis programs and postprocessing systems, a data structure based on the integrated application resource STEP/AR104 was constructed. The data were visualized by using the technique of OpenGL .The intention of the technology is to realize multi-objects , namely it can be used for variable finite element analysis programs.
In chapter 1, the present development on the CAE technology is reviewed. Then, the purpose and the main line of the technique of the research is discussed.
In chapter 2, the author introduces the current status and the development of the STEP standard. The main content of the standard is also listed .The details of the EXPRESS language is explained in this chapter. The data types in STEP are also stated.
In chapter 3, the research work on the technique of post-processing technology of finite element is brought forward based on STEP/AR104 core data.
In chapter 4, the technique of implementation is explained. The flow charts . and sub-set for post-processing in FEM (POSTFEA) are shown .The skill for mapping entities in AR104 to working-forms in C++ is presented.
In chapter 5, the graphics library OpenGL is used for the display module , which is independent of operating system. The programming method for interaction under the environment of OpenGL is explained.
In chapter 6, the functions of the post-processing program are shown.
In chapter 7, conclusions and possible developments in the future are summarized.
论文第一章概述了CAE软件的现状、CAE的发展趋势，并论述了本文的研究目的、意义及主要研究内容和技术路线。
论文第二章简要介绍了STEP标准的原理及组成结构，及其所涉及的一些主要内容。作为一种产品全生命周期数据的形式化信息建模工具，STEP的描述语言EXPRESS在本文中得到了简要的陈述。
STEP国际标准的日趋成熟，对CAD/CAE集成的发展是一个极大的推动。作者在第三章中提出了基于STEP/AR104的数据结构设计，阐述了基于STEP数据核进行有限元后处理的意义，并对有限元分析全过程所需的数据和有限元模型的数据结构进行了分析，对STEP/AR104进行了详细的分析与介绍。
第四章是关于基于STEP/AR104数据核的有限元后处理系统的实现部分。该部分介绍了基于STEP/AR104数据核的有限元后处理系统的设计流程图，有限元分析后处理子集POSTFEA的构建，以及AR104中的主要实体到C++的映射。
在第五章中介绍了独立于操作系统的三维图形库OpenGL，以及在OpenGL环境下的MFC图形编程方法和人机交互技术。
论文的第六章介绍了本有限元后处理系统所实现的功能。
最后，在第七章总结了全文的主要研究成果，并展望了未来的研究方向。
In this paper, the post-processing technology of finite element based on STEP core data is studied. A data exchange model between finite element analysis programs and post-processing systems was proposed based on the STEP standard. In order to carry out the data exchange between finite element analysis programs and postprocessing systems, a data structure based on the integrated application resource STEP/AR104 was constructed. The data were visualized by using the technique of OpenGL .The intention of the technology is to realize multi-objects , namely it can be used for variable finite element analysis programs.
In chapter 1, the present development on the CAE technology is reviewed. Then, the purpose and the main line of the technique of the research is discussed.
In chapter 2, the author introduces the current status and the development of the STEP standard. The main content of the standard is also listed .The details of the EXPRESS language is explained in this chapter. The data types in STEP are also stated.
In chapter 3, the research work on the technique of post-processing technology of finite element is brought forward based on STEP/AR104 core data.
In chapter 4, the technique of implementation is explained. The flow charts . and sub-set for post-processing in FEM (POSTFEA) are shown .The skill for mapping entities in AR104 to working-forms in C++ is presented.
In chapter 5, the graphics library OpenGL is used for the display module , which is independent of operating system. The programming method for interaction under the environment of OpenGL is explained.
In chapter 6, the functions of the post-processing program are shown.
In chapter 7, conclusions and possible developments in the future are summarized.
引文
[1]《ISO-10303-1 Industrial Automation and Integration——Product Data Representation and Exchange: Part1: Overview and Fundamental Principles》。
[2]《ISO-10303-11 Industrial Automation and Integration:Product Data Representation and Exchange——Part 11, Description methods: The EXPRESS language reference manual。
[3]《ISO-10303-21 Industrial Automation and Integration——Product Data Representation and Exchange Part 21, Implementation methods: Clear text encoding of the exchange structure。
[4]《ISO-10303-41 Industrial Automation and Integration——Product Data Representation and Exchange——Part 41, Integrated generic resources: Fundamentals of product description and support。
[5]《ISO-10303-42 Industrial Automation and Integration——Product Data Representation and Exchange——Part 42. Integrated generic resources: Geometric and topological representation。
[6]《ISO-10303-43 Industrial Automation and Integration——Product Data Representation and Exchange——Part 43, Integrated generic resources: Representation structures。
[7]《ISO-10303-44 Industrial Automation and Integration——Product Data Representation and Exchange——Part 44, Integrated generic resources: Product structure configuration。
[8]《ISO-10303-203 Industrial Automation and Integration——Product Data Representation and Exchange——Part 203, Application protocol: Configuration controlled 3 D designs of mechanical parts and assemblies。
[9]ISO 10303-104 Industrial Automation Systems and Integration? Product Data Representation and Exchange——Part 104:Integrated application resource: Finite element analysis。
[10]田峰，《CAE方法中的优化技术》，《计算机辅助设计与与制造》，1999年9月。
[11]李华强，《CAE明天会更好》，《计算机辅助设计与制造》，1999年8月。
[12]陈文培，严隽琪，马登哲，《CAE软件的现状与实施方法》，《计算机辅助与制造》，1999年8月。
[13]崔俊芝，《计算机辅助工程(CAE)的现在和未来》，《计算机辅助设计与制造》，2000年第6期。
[14]王有智，《CAE技术的过去、现在与未来》，《计算机辅助设计与制造》，1998年12月。
[15]王自勤，《计算机辅助工程(CAE)技术及其应用》，《贵州工业大学学报》(自然科学版)，2001年8月，第30卷第4期，Vol．30 No．4
[16]杨济民、叶晖、张乐，《机械CAD/CAE/CAM软件系统现状综述》，《计算机辅助设计与制造》，1995．11
[17]刘勇谋，《CAE软件发展的新动向》
[18]袁东红，《以SolidWorks为核心的CAD/CAE/CAM/PDM集成系统》，《软件大世界》，2000．No．12
[19]姜涛，李德群《注塑模CAD/CAE系统面向对象的设计》，，《华中理工大学学报》，1999年，11月，Vol．27，No．11。
[20]董洪智，陈关龙，林忠钦，胡轶敏，《数据交换标准在CAD/CAM系统中的应用研究》，《锻压机械》，1998年5月。
[21]严开涛，邓家提，《STEP集成开发平台》，《计算机工程与应用》，1998年8月。
[22]倪冬明，童若锋，董金祥，《STEP几何模式实体的实现》，《计算机应用研究》，1999年第七期。
[23]周羽，吴鸿麟，汪嘉春，《基于STEP的通用有限元数据基的构成》，《计算机辅助设计与图形学学报》，1999年5月，Vol．11．No．3。
[24]程世才、林国成、满波，《实用有限元后处理程序的研制及开发》，《哈尔滨工业大学学报》，1996年12月，第28卷第6期，Vol．28．No．6．Dec．1996。
[25]王平，李嘉璠，《一种产品数据的图形表达方法——EXPRESS-G》，《计算机辅助设计与制造》，1999年9月
[26]周憬旻，董金祥，李善平，《在CIMS中支持STEP应用协议的研究与实现》，《计算机工程》，1999年4月，Vol．25，No．4。
[27]张思荣，谭建荣，张家泰，邱长华，《STEP中性交换文件的实现方法》，《计算机辅助设计与图形学学报》，1999年1月，Vol．11，No．1。
[28]张和明，熊光楞，张玉云，孙喜杰，《基于STEP的并行产品开发信息集成及设计版本管理技术》，《机械工程学报》，1999提4月，Vol．35．No．2。
[29]蔡长韬，殷国富，陈学斌，倪亚辉，《基于STEP的机减零件CAD/CAPP的集成方法》，机械科学与技术，1999年9月，Vol．13．No．5。
[30]任爱华，魏菊霞，《基于STEP/AP203的CAD几何平台设计方法研究》，《北京航空航天大学学报》，1998年6月，Vol．24．No．3。
[31]张思荣，谭建荣，张家泰，邱长华，《STEP应用协议201工具的研究和开发》，《机械科学与技术》，1999年7月，Vol．18，No．4。
[32]袁政强，白绍良，李正良，《面向对象的有限元程序设计》，《重庆建筑大学学报》，2000年5月，Vol．22，增刊。
[33]成基华，范玉青，袁国平，逢淑荣，《CAD/CAM开发平台及其发展趋势》，《计算机辅助设计与图形学学报》，2000年2月，Vol．12，No．2。
[34]虞春，周雄辉，张永清，《特征造型与有限元分析的集成化研究》，《计算机辅助设计与图形学报》，1991年1月，Vol．11，No．1。
[35]唐贵川 董金祥 何志均，《EXPRESS的对象特征》，《计算机应用研究》，1997
[36]费少梅，《有限元计算结果的可视化》，《内燃机工程》，1997年，第18卷第4期。
[37]天津大学计算机系(300072)刘，《在MFC中使用OpenGL》，《电脑与信息技术》，1999年第四期。
[38]李敏，蔡伟，孙继银，《用MFC开发OpenGL的三维图形功能》，《航空计算技术》，2000年3月，第30卷 第1期
[39]李敏，蔡伟，孙继银，《用MFC开发OPENGL的三维图形功能》，《航空计算技术》，2000年3月，Vol．30，No．1。
[40]尹承祥，吴先良，《基于Windows的复杂目标可视化建模》，《安徽大学学报》，1999年12月，Vol．23，No．4。
[41]强大再，陆长德，余隋怀，何卫平，《基于OpenGL的三维仿真实现》，《机械科学与技术》，1999年9月，Vol．18．No．5。
[42]周杰韩，杜润生，吴波，《用OpenGL开发虚拟制造环境(二)》，《计算机应用》，1999年7月，Vol．19，No．7。
[43]李超，陈武凡，《微机上的OpenGL的应用研究》，《计算机应用研究》，1999年，第10期。
[44]谢志鹏，陈锻生，《用OpenGL开发三维交互式虚拟场景》，《计算机应用》，2000年8月，Vol．20，No．8。
[45]张翔宇，林志勇，华蓓，陈意云，《OpenGL在人脸建模和动画中的应用》，《计算机应用》，2000年8月，Vol．20，No．8。
[46]张继强，张晋，陈德桂，《Win97下的OpenGL编程方法及应用》，《计算机工程》，1998年8月，Vol．24，No．8。
[47]林锐，石教英，《基于OpenGL的场景管理、三维交互与用户界面设计》，《计算机应用研究》，2000年第3期。
[48]张杰，俞娜，《OpenGL融合技术在实体造型中的应用》，《计算机时代》2000年第5期。
[49]伍铁军，周来水，周儒荣，《用OpenGL实现几何模型真实感图形显示》，《计算机工程应用》，1999年11月。
[50]关沫，黄有群，《OpenGL实现编程技巧两则》，《沈阳工业大学学报》，2000年8月。
[51]刘才，高贞彦，彭秀艳，李学忠，《利用OpenGL实现医学图像三维表面重建》，2000年第16卷第1期。
[52]徐全生，冯艳君，《利用OpenGL实现三维有限元网格图的消隐显示》，《沈阳工业大学学报》，2000年6月，第22卷第3期。
[53]老虎工作室，吴斌，毕丽蕴，《OpenGL编程实例与技巧》，人民邮电出版社，1999年12月。
[54]孙家广等，《计算机图形学》，清华大学出版社，1998年9月。
[55]王倩，《Windows下基于DIB方式的拷屏原理及软件设计》，《计算机应用研究》，1998年4月。
[56]罗婷，张颖江，陈雯《利用OpenGL实现有限元后处理》，《湖北工学院学报》。2000年12月，第15卷第4期，Vol．15No．4
[57]诸葛良，刘健，王明武，《有限元后处理的一种动态可视化方法》，《机械设计与研究》2001年3月第1 7卷第1期，Vol．17 No．1 Dec．2001
[58]梁宏宝，钟诗胜，王知行，《虚拟加工环境中的三维图形数据结构的研究》，《计算机仿真》，2000年5月，Vol．17，No．3。
[59]董金祥、杨小虎，《产品数据表达与交换标准STEP及其应用》，《机械工业出版社》
[60]陈和群、彭宣茂，《有限元法微机程序与图形处理》，《河海大学出版社》
[2]《ISO-10303-11 Industrial Automation and Integration:Product Data Representation and Exchange——Part 11, Description methods: The EXPRESS language reference manual。
[3]《ISO-10303-21 Industrial Automation and Integration——Product Data Representation and Exchange Part 21, Implementation methods: Clear text encoding of the exchange structure。
[4]《ISO-10303-41 Industrial Automation and Integration——Product Data Representation and Exchange——Part 41, Integrated generic resources: Fundamentals of product description and support。
[5]《ISO-10303-42 Industrial Automation and Integration——Product Data Representation and Exchange——Part 42. Integrated generic resources: Geometric and topological representation。
[6]《ISO-10303-43 Industrial Automation and Integration——Product Data Representation and Exchange——Part 43, Integrated generic resources: Representation structures。
[7]《ISO-10303-44 Industrial Automation and Integration——Product Data Representation and Exchange——Part 44, Integrated generic resources: Product structure configuration。
[8]《ISO-10303-203 Industrial Automation and Integration——Product Data Representation and Exchange——Part 203, Application protocol: Configuration controlled 3 D designs of mechanical parts and assemblies。
[9]ISO 10303-104 Industrial Automation Systems and Integration? Product Data Representation and Exchange——Part 104:Integrated application resource: Finite element analysis。
[10]田峰，《CAE方法中的优化技术》，《计算机辅助设计与与制造》，1999年9月。
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[24]程世才、林国成、满波，《实用有限元后处理程序的研制及开发》，《哈尔滨工业大学学报》，1996年12月，第28卷第6期，Vol．28．No．6．Dec．1996。
[25]王平，李嘉璠，《一种产品数据的图形表达方法——EXPRESS-G》，《计算机辅助设计与制造》，1999年9月
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[34]虞春，周雄辉，张永清，《特征造型与有限元分析的集成化研究》，《计算机辅助设计与图形学报》，1991年1月，Vol．11，No．1。
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[37]天津大学计算机系(300072)刘，《在MFC中使用OpenGL》，《电脑与信息技术》，1999年第四期。
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[39]李敏，蔡伟，孙继银，《用MFC开发OPENGL的三维图形功能》，《航空计算技术》，2000年3月，Vol．30，No．1。
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[53]老虎工作室，吴斌，毕丽蕴，《OpenGL编程实例与技巧》，人民邮电出版社，1999年12月。
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[57]诸葛良，刘健，王明武，《有限元后处理的一种动态可视化方法》，《机械设计与研究》2001年3月第1 7卷第1期，Vol．17 No．1 Dec．2001
[58]梁宏宝，钟诗胜，王知行，《虚拟加工环境中的三维图形数据结构的研究》，《计算机仿真》，2000年5月，Vol．17，No．3。
[59]董金祥、杨小虎，《产品数据表达与交换标准STEP及其应用》，《机械工业出版社》
[60]陈和群、彭宣茂，《有限元法微机程序与图形处理》，《河海大学出版社》