【文章內(nèi)容簡介】 或者從其他軟件中導入的曲面構建而成三維模型。創(chuàng)建數(shù)字原型以確定設計細節(jié)，節(jié)省制造真實零部件的成本。在設計初期驗證和模擬設計結果，能創(chuàng)建創(chuàng)新的、高質量的產(chǎn)品。同時降低制造成本和縮短進入市場的時間。在完成實際機器之前，就完成對零件和裝配的構思和功能設計驗證。在設計過程中或完成設計后，能夠簡潔地察看草圖、零件和裝配。同時在設計過程中，幫助設計者選擇最佳的設計方案。使用裝配位置表達，在不同機構運動位置評估設計結果。自動極限功能將自動監(jiān)測選定的設計參數(shù)并在參數(shù)超出指定的范圍時顯示顏色標識警告以減少設計錯誤。使用自動限制功能可以監(jiān)測長度、距離、角度、直徑、周長、面積和質量。在Inventor裝配環(huán)境下可將裝配模型存為STL格式的文件以應用于快速成型。 使用Inventor的設計者，可以利用運動仿真預測產(chǎn)品在真實條件下的運動狀況。運動仿真可以減少創(chuàng)建真實零部件進行臺架試驗的時間和成本，也可以避免昂貴的咨詢費用。模擬 模擬機械裝置和原動力的運轉，以保證設計的正確性，同時也降低了創(chuàng)建真實零部件的費用。計算在整個運轉周期內(nèi)的約束條件，并且精確地調整原動力和結構的參數(shù)，加載符合實際的驅動載荷。同時可以分析機械裝置中每一個零部件的位置、速度、加速度和載荷。點軌跡 根據(jù)精確的部件位置確定某結構和固定結構間的間距。選擇模型中任意一點使用“軌跡選項”能記錄在動作全程中每一瞬間該點的位置。保存零件和裝配設計模擬的輸出結果中將包括點軌跡和裝配位置。 使用所提供的相關圖表可以快速地表現(xiàn)出動態(tài)特性在機器的運轉周期中的變化。這些特性包括位置、力和時間加速度。使用同一圖表的多個副本可以比較模擬周期內(nèi)每一點的不同特性。 將運動軌跡的XY數(shù)據(jù)輸出到Microsoft Excel表格中進一步分析模擬結果并且把分析結果合并到產(chǎn)品設計結果的演示和報告中。調用約束 可以簡捷創(chuàng)建運動仿真并描述機構的運動過程。運動約束會分析出模擬過程中的相關零件和正確的運動副。也能先添加連接約束庫中的標準運動約束。然后添加彈簧和阻尼器。能定義每一個連接處的摩擦系數(shù)。 使用評估功能檢測零件在真實操作條件下的變形使用材料選擇分析，為零件選擇最合理的材料種類和位移狀況，省略了傳統(tǒng)的計算和試驗，節(jié)省了零件進行決策支持。選用的材料越少，每個零件的成本設計時間就越低。同時還能節(jié)省運費、材料加工費和倉儲費。在裝配環(huán)境下分析零件能在裝配環(huán)境下進行零件分析，而不必打開這個零件。這樣的分析模式會使設計者更好的了解零件在機構與裝配中的情況。 Inventor憑借它出眾的顯示表達功能，使得它在眾多三維軟件中顯得更為優(yōu)秀。它強大的繪圖制圖功能也是眾多設計者在設計工程中不可或缺的部分。因此，Autodesk Inventor已經(jīng)被廣泛的應用在建筑工程、機械制造等領域[10]。 Inventor參數(shù)化建模一般分為自頂向下和自下向上兩種方法。所謂的自頂向下的設計就是從整體到局部，先主后次的設計理念。它強調從設計實體入手，從設計實體上衍生出設計人員需要的分析計算模型，二維工程圖模型，通過實體的參數(shù)化模型帶動分析模型和二維工程圖模型的改變，達到提高設計效率的目的。自頂向下的設計理念也符合人類認識事物的基本過程：人們觀察到的總是三維的物體；運用投影、剖分等技術把物體在紙面上表現(xiàn)出來就是工程圖；利用三維模型的簡化模型進行計算就是規(guī)范規(guī)定的方法；從三維實體模型中得出有限元網(wǎng)格進行有限元數(shù)值分析，即可得到細部結構的應力、位移等的詳細情況。 自下向上所謂的自下向上的設計理論，就是從局部到整體的設計理論，即先分別設計制造好單獨的零部件，再根據(jù)不同的位置和約束關系，將一個一個的零件裝配起來。這種設計方法能充分利用現(xiàn)代三維建模軟件強大的零件實體造型以及零件裝配功能。這種設計方法思路簡單，操作快捷、方便，容易被大多數(shù)設計人員所理解和接受。但是自下向上在設計意圖的表達，裝配協(xié)調、設計變更等方面存在不足之處，具體變現(xiàn)為：（1）零件實體造型是基于零配件特征的設計，無法表達和傳遞產(chǎn)品的設計意圖（如產(chǎn)品的功能、結構要求、裝配關系等信息），無法支持和指導后繼的設計過程。（2）零部件的裝配依靠各零件間的配合關系，無法完整表達零部件間的裝配關系（定位關系、運動關系等），且裝配時操作頻繁，當配合關系較多時容易出現(xiàn)欠約束和過約束情況。（3）零部件間沒有任何關聯(lián)，當某些設計參數(shù)改變時，與之相關的其他設計參數(shù)不能同步修改，造成設計變更的不一致，由此引起重復修改及裝配錯誤等問題[17]。基于以上兩種建模方法，本論文將綜合采取，既有自頂向下從整體到局部，先主后次的設計理念，又有自下向上從局部到整體的設計理論，綜合兩種方法的優(yōu)點，對積石峽水電站尾水檢修門進行參數(shù)化建模，具體步驟分為生成零件和部件拼裝。經(jīng)過對水工平面鋼閘門的初步設計，建模的第一步，我們可以先做出各個零部件的三維模型。二維草圖必須建立在一個二維草圖平面上，草圖平面是一個帶有坐標系的無限大的平面，當新建了—個零件的時候就已經(jīng)創(chuàng)建了—個默認的草圖平面。平面可是零件的表面，也可是坐標平面。要在基準面上創(chuàng)建草圖，可在瀏覽器中或在工作空間選中某個基準面，單擊右鍵，在【打開】菜單中選擇【新建草圖】選項即可。要在某個零件的表面新建草圖，可選中該工作平面，然后單擊右鍵，在【打開】菜單中選擇【新建草圖】選項即可。對于積石峽檢修門零件進行建模，首先運行Inventor，出現(xiàn)【Inventor標準】對話框，點擊【新建】標簽下的【】，新建一個標準零件文件[18]。下面以創(chuàng)建中節(jié)門葉的面板為例進行舉例說明，其余零件創(chuàng)建過程與此類似，在此不再敘述。(1) 在草圖上繪制面板輪廓可利用矩形工具方便地創(chuàng)建矩形，通過 指定兩個點來創(chuàng)建矩形，也可通過 指定3個點生成矩形。然后可利用【通用尺寸】工具 來進行尺寸的添加。然后單擊右鍵在菜單欄中選擇【結束草圖】進入添加特征界面。圖31為面板輪廓的草圖。圖31面板草圖(2) 點擊【零件特征】面板上的【拉伸】工具按鈕，打開【拉伸】對話框對面板厚度進行設置，圖32為面板的拉伸。圖32拉伸面板(3) 對面板輪廓草圖進行修改，添加新的特征最終生成面板零件，圖33為面板模型。圖33面板模型按同樣的方法，可以把門葉結構的主梁、次梁、底梁、吊耳等零件也建立。零件模型的設計完成后還需要將各個零件裝配成部件，部件是由零件裝配而成，既可以由單獨的零件組合而成，也可以由子部件組成。下面以中節(jié)門葉的面板和主梁為例進行舉例說明，其零件組裝過程與此類似。1對于積石峽檢修門零件進行建模，首先運行Inventor出現(xiàn)【Inventor標準】對話框，點擊【新建】標簽下的【】，新建一個標準零件文件。要在Inventor中添加已有的零部件，可以選擇【部件面板】上的【裝入零部件】工具按鈕。圖34為 裝如面板和主梁的零部件。圖34裝入面板和主梁2在部件文件中裝入或創(chuàng)建零部件后，可以使用裝配約束建立部件中的零部件的方位，模擬零部件之間的關系。點擊【部件面板】面板上的【約束】工具按鈕，打開【約束】對話框對面板和主梁進行設置。配合約束將零部件面對面放置或使這些零部件表面齊平相鄰，該約束將刪除平面的一個線性平移自由度和兩個角度旋轉自由度。 配合約束有兩種類型，一是【配合】，互相垂直地相對放置選中的面，使面重合。二是【表面齊平】，用來對齊相鄰的零部件，可以通過選中的面、線或點來對齊零件使其表面法線指向相同方向。要在兩個零部件之間添加配合約束，可以： (1)選擇【類型】選項中的【配合】按鈕，然后點擊【選擇】選項中的兩個紅色箭頭分別選擇配合的兩個平面、曲線、平面、邊或點。 (2)【偏移量】選項指定零部件相互偏移的距離。 (3)在【方式】選項中可選擇配合的方式，即配合或者表面齊平。 (4)選【顯示預覽】選項可預覽裝配效果。 (5)通過選中【預計偏移量和方向】選項在裝配時由系統(tǒng)自動預測合適的裝配偏移和偏移方向。(6)最后點擊【確定】按鈕以完成配合裝配。在方式選項中選擇配合方式，將面板和主梁需要連接的面垂直的放置在一起。圖35為面板與主梁配合約束在一起。圖35面板與主梁配合約束在方式選項中選擇配合方式表面齊平，將面板和主梁需要連接的面的放置在一起，然后在偏移量的選框中輸入主梁在面板上的實際位置尺寸。再次經(jīng)過表面齊平命令將主梁的左表面的位置確定下來，經(jīng)過三次約束，面板和頂主梁就可以約束在一起，其尺寸和相互方位也與設計中完全相同，圖36為顯示面板與主梁的實際位置關系的模型。圖36面板與主梁的實際位置關系以上是兩個部分是零件創(chuàng)建和部件拼接的步驟及方法。以下以門葉的中節(jié)葉為例結合前面的門葉設計部分對門葉的Inventor建模進行具體闡述。其他門葉建模過程與步驟中節(jié)也相似在此不再進行介紹。將已經(jīng)創(chuàng)建建好的面板零件裝入部件的界面中，如圖37裝入面板。圖37裝入面板將主梁零件載入部件界面中，以設計的出的面板與主梁的相對位置關系，將面板與主梁裝配在一起，如圖38為主梁的裝配。(a) (b)圖38裝配主梁載入中節(jié)葉的水平次梁，根據(jù)相對位置關系，將其與面板和主梁生成的部件進行裝配，如圖39為水平次梁的裝配。(a) (b)圖39裝配水平次梁載入中節(jié)葉邊梁、隔板的零部件，根據(jù)相對位置關系，將其與面板主梁和次梁生成的部件進行裝配，如圖310為邊梁隔板的裝配。(a) (b)(c) (d) (e) (f)圖310裝配邊梁與隔板 將中節(jié)葉上的其他的零件裝配在部件上可完成中節(jié)葉建模，中節(jié)門葉模型見圖311。圖311中節(jié)葉模型按同樣的方法，我們把檢修門門葉結構的其他門葉也建立出來，經(jīng)過反復修改調整可完成門葉的建模，門葉整體模型如圖312。生成積石峽水電站尾水檢修門三維仿真模型圖312積石峽尾水檢修門門葉模型通過對檢修門門葉結構的建模，主要是為了將門葉布置和構件形象直觀展現(xiàn)出來，這樣容易事先發(fā)現(xiàn)設計中的缺陷和不足。如果在建模過程中發(fā)現(xiàn)問題則返回到設計中重新確定，如此反復修改和確定，直到得出正確的門葉結構。將設計和建模聯(lián)系在一起，有助于提高設計效率，縮短設計周期，保證設計質量。第4章 積石峽水電站尾水檢修門參數(shù)化修正耳熟能詳?shù)母鞣N建模軟件如Autodesk Inventor、sketchup、Bonzai3d、3dmax和計算機輔助工具revit、archicad這些所謂的BIM，都屬于“參數(shù)化輔助設計”的范疇，即使用某種工具改善工作流程的工具；這些雖能提高協(xié)同效率、減少錯誤、或實現(xiàn)較為復雜的建筑形體，但卻不是真正的參數(shù)化設計。真正的參數(shù)化設計是一個選擇參數(shù)建立程序、將建筑設計問題轉變?yōu)檫壿嬐评韱栴}的方法，它用理性思維替代主觀想象進行設計，它將設計師的工作從“個性揮灑”推向“有據(jù)可依”；它使人重新認識設計的規(guī)則，并大大提高運算量；它與建筑形態(tài)的美學結果無關，轉而探討思考推理的過程。 在參數(shù)化設計系統(tǒng)中，設計人員根據(jù)工程關系和幾何關系來指定設計要求。要滿足這些設計要求，不僅需要考慮尺寸或工程參數(shù)的初值，而且要在每次改變這些設計參數(shù)時來維護這些基本關系，即將參數(shù)分為兩類：其一為各種尺寸值，稱為可變參數(shù)；其二為幾何元素間的各種連續(xù)幾何信息，稱為不變參數(shù)。參數(shù)化設計的本質是在可變參數(shù)的作用下，系統(tǒng)能夠自動維護所有的不變參數(shù)。因此，參數(shù)化模型中建立的各種約束關系，正是體現(xiàn)了設計人員的設計意圖。 參數(shù)化設計可以大大提高模型的生成和修改的速度，在產(chǎn)品的系列設計、相似設計及專用CAD系統(tǒng)開發(fā)方面都具有較大的應用價值。目前，參數(shù)化設計中的參數(shù)化建模方法主要有變量幾何法和基于結構生成歷程的方法，前者主要用于平面模型的建立，而后者更適合于三維實體或曲面模型。 參數(shù)更改技術使用戶對建筑設計或文檔部分作的任何改動都可以自動的在其它相關聯(lián)的部分反映出來，采用智能建筑構件、視圖和注釋符號，使每一個構件都通過一個變更傳播引擎互相關聯(lián)。構件的移動、刪除和尺寸的改動所引起的參數(shù)變化會引起相關構件的參數(shù)產(chǎn)生關聯(lián)的變化，任一視圖下所發(fā)生的變更都能參數(shù)化的、雙向的傳播到所有視圖，以保證所有圖紙的一致性，毋須逐一對所有視圖進行修改。從而提高了工作效率和工作質量。用CAD方法開發(fā)產(chǎn)品時，零件設計模型的建立速度是決定整個產(chǎn)品開發(fā)效率的關鍵。產(chǎn)品開發(fā)初期，零件形狀和尺寸有一定模糊性，要在裝配驗證、性能分析和數(shù)控編程之后才能確定。這就希望零件模型具有易于修改的柔性。參數(shù)化設計方法就是將模型中的定量信息變量化，使之成為任意調整的參數(shù)。對于變量化參數(shù)賦予不同數(shù)值，就可得到不同大小和形狀的零件模型。在CAD中要實現(xiàn)參數(shù)化設計，參數(shù)化模型的建立是關鍵。參數(shù)化模型表示了零件圖形的幾何約束和工程約束。幾何約束包括結構約束和尺寸約束。結構約束是指幾何元素之間的拓撲約束關系，如平行、垂直、相切、對稱等；尺寸約束則是通過尺寸標注表示的約束，如距離尺寸、角度尺寸、半徑尺寸等。工程約束是指尺寸之間的約束關系，通過定義尺寸變量及它們之間在數(shù)值上和邏輯上的關系來表示。在本章中，將根據(jù)第三章完成的積石峽尾水檢修門的設計結果，結合第四章完成的三維可視化建模過程，對其需要更改的零件進行形狀，尺寸和約束的調試，直到各零件之間相互無干涉，本章中使用Autodesk Inventor軟件對積石峽水電站表孔閘門進行設計和參數(shù)化建模的互動。參數(shù)化修正流程圖如圖41所示：對關聯(lián)零件進行干