● 摘要
在产品生命周期管理(PLM)中，产品制造过程的不精确与测量过程中的不确定因素导致最终的产品产生几何变形。这些几何变形对产品的性能、质量和成本都有重要影响。因此，在公差设计过程中对产品的非理想几何进行建模是一项十分重要的工作。非理想模型作为产品非理想表面的表达模型，考虑了产品的几何偏差。在非理想模型仿真中，通过考虑产品的主要物理属性，可有助于在计算机辅助公差过程和产品开发过程中，更好的生成产品的非理想几何。
论文针对热效应和工作环境对工件产生的变形效应展开研究，提出了可操作的非理想模型的概念，不仅考虑制造与验证过程中产品的几何变化，还反映了制成品因工作环境（例如结构载荷、热膨胀、疲劳等）不同而产生的形状变化。虽然产品的检验是在室温条件下进行的，但是在很多应用场景中，产品中的零件需要承受高温和结构载荷，从而造成其自身形状和功能公差的极大变化。
目前，非理想模型仿真仅局限于产品几何技术规范中规定的标注温度（20ºC）。因此有必要对温度从标准温度向实际使用温度变化过程中，热效应对非理想外形的影响进行仿真。为实现这一目标，首先需要对标准非理想模型进行有限元分析（FEA），同时考虑热效应和工作条件的影响，从而生成可操作非理想模型的离散外形。论文中提出的方法分为三步进行：对理想CAD模型的预处理阶段、标准温度下的非理想模型计算阶段以及考虑热效应的有限元仿真阶段。为进行有限元仿真，在论文工作中自主开发了基于Matlab 和Abaqus CAE 的集成仿真工具，使得二者之间能够实现数据交互。
论文的主要成果是，建立了一个非理想模型仿真框架，该框架能够对在工件的实际使用环境中产生的几何偏差进行仿真；建立了仿真工具并已成功在对燃气涡轮叶片的应用研究中得到验证。论文研究中综合涉及了当前CAD、FEA和CAT领域中的很多问题。该应用研究的结果验证了可操作非理想模型的作用和在功能公差（如涡轮运转过程中的页梢间隙）仿真中的应用潜力。因此，这一框架为工程人员在产品生命周期管理中处理关键公差提供了有力工具和相关信息。本研究也为考虑高温环境和结构载荷条件下的装配体非理想几何仿真分析奠定了基础。