基于STEP中性文件的有限元自动建模技术的研究
摘要
本文主要研究基于STEP中性文件的有限元自动建模技术，其机理是按
STEP/AP203语义模式从STEP中性文件提取三维形体的边界信息，由Delaunay
三角化方法自动生成有限元单元，从而实现CAD-CAE之间几何模型的共享，完
成有限元的单元网格划分。本文中论述的技术最终目的是实现多目标和多任务，
即能与多个CAD造型平台接口，能与多个有限元分析软件实现连接，而各系统
间的数据交换媒介就是提供了ADVANCED_BREP_SHAPE_REPRESENTATION
（扩展的三维几何边界）信息的STEP中性文件。
论文第一章概述了国内外CAE技术的过去、现在的研究和应用状况及其未
来的发展趋势，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标准的发展和现状，及其主要内容。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
文中得到了详细的陈述，并配以EXPRESS-G图的辅助说明。在第二章的最后，
对STEP中性文件的结构和格式作了详细的分析和研究。
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中性文件的有限元自动建模技术的研究，阐述
了以STEP中性文件为媒介实现不同系统间的数据信息交换的原理。在本章的最
后，设计了基于STEP中性文件的有限元网格划分系统的四大模块。
在第四章中，介绍了基于STEP中性文件的有限元网格划分系统的程序实现
技术，即：程序的数据内核（即存储几何信息的数据结构）设计，程序的四大模
块（STEP数据读入模块，EXPRESS——C++转换模块，图形显示模块，有限元
网格的自动生成模块），和程序实现中的一些技术问题。
在第五章中介绍了独立于操作系统的三维图形库OpenGL，和OpenGL在
VC++6.0环境下的MFC图形编程方法。
从实际应用出发，在论文的第六章列举了几个应用实例。
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 technique of automatic finite element mesh generation is
studied based on STEP neutral files. The boundary information of a 3-D solid is
extracted from the STEP neutral file according to the semantic model of STEP/AP203
schema. The data are thus transfered from a CAD system to a CAE system. The finite
element meshes are generated automatically using the Delaunay method.
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 EXPRESS
language is detailed in this chapter with EXPRESS-G figures. The data types in STEP
are also stated. At the end of chapter 2, the structure and the format of the STEP
neutral file are studied.
In chapter 3, the research work on the technique of automatic modeling of FEM
is brought forward based on STEP neutral files. The data exchange realization
between different systems is expatiated. Three modules were designed for the mesh
generation system based on STEP neutral files.
In chapter 4, the technique of the realization process is explained, which includes
core data of the program( the data structure storing the geometry information) and the
four modules of the program: the STEP neutral file access module, module of
converting EXPRESS into C++, the mesh generation of FEM module, and the
graphics display module.
In chapter 5, the OpenGL graphics library used for the display module,which is
independent of operating system. The programming method under MFC of VC++6.O
is explained.
In chapter 6, two examples were given.
In chapter 7, conclusions and some research directions of the future are
summarized.
STEP/AP203语义模式从STEP中性文件提取三维形体的边界信息，由Delaunay
三角化方法自动生成有限元单元，从而实现CAD-CAE之间几何模型的共享，完
成有限元的单元网格划分。本文中论述的技术最终目的是实现多目标和多任务，
即能与多个CAD造型平台接口，能与多个有限元分析软件实现连接，而各系统
间的数据交换媒介就是提供了ADVANCED_BREP_SHAPE_REPRESENTATION
（扩展的三维几何边界）信息的STEP中性文件。
论文第一章概述了国内外CAE技术的过去、现在的研究和应用状况及其未
来的发展趋势，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标准的发展和现状，及其主要内容。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
文中得到了详细的陈述，并配以EXPRESS-G图的辅助说明。在第二章的最后，
对STEP中性文件的结构和格式作了详细的分析和研究。
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中性文件的有限元自动建模技术的研究，阐述
了以STEP中性文件为媒介实现不同系统间的数据信息交换的原理。在本章的最
后，设计了基于STEP中性文件的有限元网格划分系统的四大模块。
在第四章中，介绍了基于STEP中性文件的有限元网格划分系统的程序实现
技术，即：程序的数据内核（即存储几何信息的数据结构）设计，程序的四大模
块（STEP数据读入模块，EXPRESS——C++转换模块，图形显示模块，有限元
网格的自动生成模块），和程序实现中的一些技术问题。
在第五章中介绍了独立于操作系统的三维图形库OpenGL，和OpenGL在
VC++6.0环境下的MFC图形编程方法。
从实际应用出发，在论文的第六章列举了几个应用实例。
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 technique of automatic finite element mesh generation is
studied based on STEP neutral files. The boundary information of a 3-D solid is
extracted from the STEP neutral file according to the semantic model of STEP/AP203
schema. The data are thus transfered from a CAD system to a CAE system. The finite
element meshes are generated automatically using the Delaunay method.
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 EXPRESS
language is detailed in this chapter with EXPRESS-G figures. The data types in STEP
are also stated. At the end of chapter 2, the structure and the format of the STEP
neutral file are studied.
In chapter 3, the research work on the technique of automatic modeling of FEM
is brought forward based on STEP neutral files. The data exchange realization
between different systems is expatiated. Three modules were designed for the mesh
generation system based on STEP neutral files.
In chapter 4, the technique of the realization process is explained, which includes
core data of the program( the data structure storing the geometry information) and the
four modules of the program: the STEP neutral file access module, module of
converting EXPRESS into C++, the mesh generation of FEM module, and the
graphics display module.
In chapter 5, the OpenGL graphics library used for the display module,which is
independent of operating system. The programming method under MFC of VC++6.O
is explained.
In chapter 6, two examples were given.
In chapter 7, conclusions and some research directions of 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 3D designs of mechanical parts and assemblies.
[9] William Schick, Gordon Silverman, 'Fortran 90 and Engineering Computation', John Wiley & Sons, INC.
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