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CAD、CAE在现代产品开发设计中起着非常重要的作用，CAD主要是用来加快设计速度、改进产品造型和提高绘图质量，而真正能够改善性能、缩短产品开发周期则需要依靠CAE技术。在CAD设计的同时，运用CAE对产品的几何模型进行数值模拟，对产品的性能和结构进行评估，从而达到改善设计结构，提高产品性能、缩短设计开发周期的目的。CAE有强大的有限元分析功能，但是在创建几何模型方面功能很弱，分析师用于几何建模的时间几乎占整个分析过程的一半。CAD在几何建模方面具有强大的功能，因此，实现CAD与CAE的集成，使CAD创建的几何模型能被CAE分析使用，这将大大减小CAE建模的困难，提高分析设计效率。CAD/CAE集成是现代产品分析设计的重要发展方向。 新型纵流壳程换热设备作为一种新一代节能降耗设备，具有优良的防流体诱导振动性能、传热性能好、传热效率高、流体流动阻力小、抗结垢能力强、重量轻等优点，是郑州大学“热能工程研究中心”专利产品，为了加快该设备的推广，“中心”研发了HECAD软件系统，实现了新型换热设备工艺设计、机械设计、零部件，图及总装图绘制一体的CAD软件化。HECAD系统在零部件二维图形和总装图的自动化绘制上取得了很大成就，但随着计算机软硬件技术的发展和设计理念的演变，在对换热设备零部件进行二维设计的同时，需要机械产品的三维实体模型，而且在零部件三维模型基础之上，设计者可以对设计模型进行工程有限元分析，得到其工况下的真实温度场和应力场的分布，以便使设计者能及时对零部件模型的设计缺陷进行修改和优化，最终设计出性能合格、重量较轻的理想产品。因此，如果能利用现代先进CAD技术和CAE技术，在实现二维绘图基础上，生成零部件的三维实体模型，并对零部件在实体工况条件下进行有限元分析，使用户可以实时对产品的设计缺陷进行修改优化，这无疑是对HECAD系统的有益的扩充和升级。 本论文研究课题来源于河南省重大科技攻关项目“重大过程装备智能化CAD/CAE集成技术的研究与开发”，旨在设计并实现一个集成系统，该系统利用CAD技术，在生成换热设备零部件二维图形的同时，能创建其相应的三维实体模型，实现二维绘图与三维实体模型的互动；并实现CAD与CAE系统的集成，使用户可对生成的几何模型进行有限元分析，得出零部件模型在实际工况下的温度场和应力场，实现零部件的优化设计。该系统在提高重大过程装备的设计制造水平，提高零部件的设计和分析效率，缩短产品设计开发周期，优化产品结构、降低成本等方面都有重要意义。本文主要在以下几个方面作了研究和创新： 1)介绍了工程数据库技术的功能和用途，论证了零部件三维造型系统中数据部州大学硕士学位抢文第H页库技术的必要性。参数化实体建模技术是运用几何参数驱动的方法来创建模型，因此，几何参数数据则是三维造型系统的基础。运用Access创建了换热设备零部件的几何参数数据源hedata.mdb;分析了ODBC数据库互联技术的工作原理和编程过程，在VC++6.0和ObjectARX 2000环境下，开发了三维造型系统对几何参数数据源hedata.mdb的访问接口，通过该接口首次实现了换热设备零部件三维造型系统对数据源hedata.mdb的访问，三维造型系统能从数据库中方便快捷的读取数据，从而为零部件的系列化建模奠定了数据基础。2)在VC一6.0和ObjeetARX 2000编程环境下，运用AutoCAD二次开发技术和参数化建模技术，编写了换热设备零部件的ARX应用程序，开发了换热设备零部件三维造型系统。运用布尔操作、克隆和矩阵变换等方法，完成了换热设备零部件的三维实体造型模块，包括管板、封头、管箱、筒体、膨胀节、法兰、折流圈、折流栅装置以及整台纵流壳程换热设备的参数化三维实体造型。完成了用于CAE分析的换热设备一些部件的三维模型模块，包括延长部分兼作法兰的管板、延长部分不兼作法兰的管板的三维模型模块。3)探讨了CAD、CAE系统的集成模式，将Windows多进程编程思想运用于换热设备零部件CAD/CAE集成系统，实现了换热设备零部件CAD系统与CAE系统的弱祸合集成。研究开发了该系统的三个功能模块，即新型换热设备零部件三维造型模块、三维分析模型模块和有限元软件的调用模块。CAD/ CAE集成有紧祸合和弱祸合两种集成方式。紧祸合是在CAD系统内部开发CAE分析模块，是真正意义上的集成，但需要进行CAE软件的重新开发，难度很大。弱祸合CAD/C AE集成是一种CAD、CAE系统松散的集成，不需要进行CAE软件的开发，系统间通过标准数据传输接口进行数据传输，实现了CAD、CAE的几何模型共享。运用多进程编程思想，将换热设备零部件CAD三维造型系统和CAE有限元软件系统作为两个进程，通过创建子进程，CAD系统自动调用CAE系统并将CAD几何模型导入CAE系统。4)运用换热设备CAD/C AE集成系统对纵流壳程换热设备的管板进行了热分析，得到了管板在实际工况下的三维温度场和应力场。通过对不同厚度的管板进行热应力分析，得出了热应力与管板厚度的基本关系，为工程上薄管板的选用提供了有价值的参考。