【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 或者從其他軟件中導(dǎo)入的曲面構(gòu)建而成三維模型。創(chuàng)建數(shù)字原型以確定設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，節(jié)省制造真實(shí)零部件的成本。在設(shè)計(jì)初期驗(yàn)證和模擬設(shè)計(jì)結(jié)果，能創(chuàng)建創(chuàng)新的、高質(zhì)量的產(chǎn)品。同時(shí)降低制造成本和縮短進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間。在完成實(shí)際機(jī)器之前，就完成對(duì)零件和裝配的構(gòu)思和功能設(shè)計(jì)驗(yàn)證。在設(shè)計(jì)過(guò)程中或完成設(shè)計(jì)后，能夠簡(jiǎn)潔地察看草圖、零件和裝配。同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，幫助設(shè)計(jì)者選擇最佳的設(shè)計(jì)方案。使用裝配位置表達(dá)，在不同機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)位置評(píng)估設(shè)計(jì)結(jié)果。自動(dòng)極限功能將自動(dòng)監(jiān)測(cè)選定的設(shè)計(jì)參數(shù)并在參數(shù)超出指定的范圍時(shí)顯示顏色標(biāo)識(shí)警告以減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。使用自動(dòng)限制功能可以監(jiān)測(cè)長(zhǎng)度、距離、角度、直徑、周長(zhǎng)、面積和質(zhì)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(yīng)用于快速成型。 使用Inventor的設(shè)計(jì)者，可以利用運(yùn)動(dòng)仿真預(yù)測(cè)產(chǎn)品在真實(shí)條件下的運(yùn)動(dòng)狀況。運(yùn)動(dòng)仿真可以減少創(chuàng)建真實(shí)零部件進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)的時(shí)間和成本，也可以避免昂貴的咨詢費(fèi)用。模擬 模擬機(jī)械裝置和原動(dòng)力的運(yùn)轉(zhuǎn)，以保證設(shè)計(jì)的正確性，同時(shí)也降低了創(chuàng)建真實(shí)零部件的費(fèi)用。計(jì)算在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)的約束條件，并且精確地調(diào)整原動(dòng)力和結(jié)構(gòu)的參數(shù)，加載符合實(shí)際的驅(qū)動(dòng)載荷。同時(shí)可以分析機(jī)械裝置中每一個(gè)零部件的位置、速度、加速度和載荷。點(diǎn)軌跡 根據(jù)精確的部件位置確定某結(jié)構(gòu)和固定結(jié)構(gòu)間的間距。選擇模型中任意一點(diǎn)使用“軌跡選項(xiàng)”能記錄在動(dòng)作全程中每一瞬間該點(diǎn)的位置。保存零件和裝配設(shè)計(jì)模擬的輸出結(jié)果中將包括點(diǎn)軌跡和裝配位置。 使用所提供的相關(guān)圖表可以快速地表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)特性在機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)周期中的變化。這些特性包括位置、力和時(shí)間加速度。使用同一圖表的多個(gè)副本可以比較模擬周期內(nèi)每一點(diǎn)的不同特性。 將運(yùn)動(dòng)軌跡的XY數(shù)據(jù)輸出到Microsoft Excel表格中進(jìn)一步分析模擬結(jié)果并且把分析結(jié)果合并到產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)果的演示和報(bào)告中。調(diào)用約束 可以簡(jiǎn)捷創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)仿真并描述機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。運(yùn)動(dòng)約束會(huì)分析出模擬過(guò)程中的相關(guān)零件和正確的運(yùn)動(dòng)副。也能先添加連接約束庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)約束。然后添加彈簧和阻尼器。能定義每一個(gè)連接處的摩擦系數(shù)。 使用評(píng)估功能檢測(cè)零件在真實(shí)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(jì)算和試驗(yàn)，節(jié)省了零件進(jìn)行決策支持。選用的材料越少，每個(gè)零件的成本設(shè)計(jì)時(shí)間就越低。同時(shí)還能節(jié)省運(yùn)費(fèi)、材料加工費(fèi)和倉(cāng)儲(chǔ)費(fèi)。在裝配環(huán)境下分析零件能在裝配環(huán)境下進(jìn)行零件分析，而不必打開這個(gè)零件。這樣的分析模式會(huì)使設(shè)計(jì)者更好的了解零件在機(jī)構(gòu)與裝配中的情況。 Inventor憑借它出眾的顯示表達(dá)功能，使得它在眾多三維軟件中顯得更為優(yōu)秀。它強(qiáng)大的繪圖制圖功能也是眾多設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)工程中不可或缺的部分。因此，Autodesk Inventor已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在建筑工程、機(jī)械制造等領(lǐng)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(shè)計(jì)就是從整體到局部，先主后次的設(shè)計(jì)理念。它強(qiáng)調(diào)從設(shè)計(jì)實(shí)體入手，從設(shè)計(jì)實(shí)體上衍生出設(shè)計(jì)人員需要的分析計(jì)算模型，二維工程圖模型，通過(guò)實(shí)體的參數(shù)化模型帶動(dòng)分析模型和二維工程圖模型的改變，達(dá)到提高設(shè)計(jì)效率的目的。自頂向下的設(shè)計(jì)理念也符合人類認(rèn)識(shí)事物的基本過(guò)程：人們觀察到的總是三維的物體；運(yùn)用投影、剖分等技術(shù)把物體在紙面上表現(xiàn)出來(lái)就是工程圖；利用三維模型的簡(jiǎn)化模型進(jìn)行計(jì)算就是規(guī)范規(guī)定的方法；從三維實(shí)體模型中得出有限元網(wǎng)格進(jìn)行有限元數(shù)值分析，即可得到細(xì)部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、位移等的詳細(xì)情況。 自下向上所謂的自下向上的設(shè)計(jì)理論，就是從局部到整體的設(shè)計(jì)理論，即先分別設(shè)計(jì)制造好單獨(dú)的零部件，再根據(jù)不同的位置和約束關(guān)系，將一個(gè)一個(gè)的零件裝配起來(lái)。這種設(shè)計(jì)方法能充分利用現(xiàn)代三維建模軟件強(qiáng)大的零件實(shí)體造型以及零件裝配功能。這種設(shè)計(jì)方法思路簡(jiǎn)單，操作快捷、方便，容易被大多數(shù)設(shè)計(jì)人員所理解和接受。但是自下向上在設(shè)計(jì)意圖的表達(dá)，裝配協(xié)調(diào)、設(shè)計(jì)變更等方面存在不足之處，具體變現(xiàn)為：（1）零件實(shí)體造型是基于零配件特征的設(shè)計(jì)，無(wú)法表達(dá)和傳遞產(chǎn)品的設(shè)計(jì)意圖（如產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)要求、裝配關(guān)系等信息），無(wú)法支持和指導(dǎo)后繼的設(shè)計(jì)過(guò)程。（2）零部件的裝配依靠各零件間的配合關(guān)系，無(wú)法完整表達(dá)零部件間的裝配關(guān)系（定位關(guān)系、運(yùn)動(dòng)關(guān)系等），且裝配時(shí)操作頻繁，當(dāng)配合關(guān)系較多時(shí)容易出現(xiàn)欠約束和過(guò)約束情況。（3）零部件間沒有任何關(guān)聯(lián)，當(dāng)某些設(shè)計(jì)參數(shù)改變時(shí)，與之相關(guān)的其他設(shè)計(jì)參數(shù)不能同步修改，造成設(shè)計(jì)變更的不一致，由此引起重復(fù)修改及裝配錯(cuò)誤等問(wèn)題[17]?；谝陨蟽煞N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(shè)計(jì)理念，又有自下向上從局部到整體的設(shè)計(jì)理論，綜合兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)積石峽水電站尾水檢修門進(jìn)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(guò)對(duì)水工平面鋼閘門的初步設(shè)計(jì)，建模的第一步，我們可以先做出各個(gè)零部件的三維模型。二維草圖必須建立在一個(gè)二維草圖平面上，草圖平面是一個(gè)帶有坐標(biāo)系的無(wú)限大的平面，當(dāng)新建了—個(gè)零件的時(shí)候就已經(jīng)創(chuàng)建了—個(gè)默認(rèn)的草圖平面。平面可是零件的表面，也可是坐標(biāo)平面。要在基準(zhǔn)面上創(chuàng)建草圖，可在瀏覽器中或在工作空間選中某個(gè)基準(zhǔn)面，單擊右鍵，在【打開】菜單中選擇【新建草圖】選項(xiàng)即可。要在某個(gè)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(xiàng)即可。對(duì)于積石峽檢修門零件進(jìn)行建模，首先運(yùn)行Inventor，出現(xiàn)【Inventor標(biāo)準(zhǔn)】對(duì)話框，點(diǎn)擊【新建】標(biāo)簽下的【】，新建一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)零件文件[18]。下面以創(chuàng)建中節(jié)門葉的面板為例進(jìn)行舉例說(shuō)明，其余零件創(chuàng)建過(guò)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(guò) 指定兩個(gè)點(diǎn)來(lái)創(chuàng)建矩形，也可通過(guò) 指定3個(gè)點(diǎn)生成矩形。然后可利用【通用尺寸】工具 來(lái)進(jìn)行尺寸的添加。然后單擊右鍵在菜單欄中選擇【結(jié)束草圖】進(jìn)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(diǎn)擊【零件特征】面板上的【拉伸】工具按鈕，打開【拉伸】對(duì)話框?qū)γ姘搴穸冗M(jìn)行設(shè)置，圖32為面板的拉伸。圖32拉伸面板(3) 對(duì)面板輪廓草圖進(jìn)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(jié)構(gòu)的主梁、次梁、底梁、吊耳等零件也建立。零件模型的設(shè)計(jì)完成后還需要將各個(gè)零件裝配成部件，部件是由零件裝配而成，既可以由單獨(dú)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(jìn)行舉例說(shuō)明，其零件組裝過(guò)程與此類似。1對(duì)于積石峽檢修門零件進(jìn)行建模，首先運(yùn)行Inventor出現(xiàn)【Inventor標(biāo)準(zhǔn)】對(duì)話框，點(diǎn)擊【新建】標(biāo)簽下的【】，新建一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(guān)系。點(diǎn)擊【部件面板】面板上的【約束】工具按鈕，打開【約束】對(duì)話框?qū)γ姘搴椭髁哼M(jìn)行設(shè)置。配合約束將零部件面對(duì)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(gè)線性平移自由度和兩個(gè)角度旋轉(zhuǎn)自由度。 配合約束有兩種類型，一是【配合】，互相垂直地相對(duì)放置選中的面，使面重合。二是【表面齊平】，用來(lái)對(duì)齊相鄰的零部件，可以通過(guò)選中的面、線或點(diǎn)來(lái)對(duì)齊零件使其表面法線指向相同方向。要在兩個(gè)零部件之間添加配合約束，可以： (1)選擇【類型】選項(xiàng)中的【配合】按鈕，然后點(diǎn)擊【選擇】選項(xiàng)中的兩個(gè)紅色箭頭分別選擇配合的兩個(gè)平面、曲線、平面、邊或點(diǎn)。 (2)【偏移量】選項(xiàng)指定零部件相互偏移的距離。 (3)在【方式】選項(xiàng)中可選擇配合的方式，即配合或者表面齊平。 (4)選【顯示預(yù)覽】選項(xiàng)可預(yù)覽裝配效果。 (5)通過(guò)選中【預(yù)計(jì)偏移量和方向】選項(xiàng)在裝配時(shí)由系統(tǒng)自動(dòng)預(yù)測(cè)合適的裝配偏移和偏移方向。(6)最后點(diǎn)擊【確定】按鈕以完成配合裝配。在方式選項(xiàng)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(xiàng)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(shí)際位置尺寸。再次經(jīng)過(guò)表面齊平命令將主梁的左表面的位置確定下來(lái)，經(jīng)過(guò)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(shè)計(jì)中完全相同，圖36為顯示面板與主梁的實(shí)際位置關(guān)系的模型。圖36面板與主梁的實(shí)際位置關(guān)系以上是兩個(gè)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(jié)合前面的門葉設(shè)計(jì)部分對(duì)門葉的Inventor建模進(jìn)行具體闡述。其他門葉建模過(guò)程與步驟中節(jié)也相似在此不再進(jìn)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(shè)計(jì)的出的面板與主梁的相對(duì)位置關(guān)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(duì)位置關(guān)系，將其與面板和主梁生成的部件進(jìn)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(duì)位置關(guān)系，將其與面板主梁和次梁生成的部件進(jìn)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(jié)構(gòu)的其他門葉也建立出來(lái)，經(jīng)過(guò)反復(fù)修改調(diào)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(guò)對(duì)檢修門門葉結(jié)構(gòu)的建模，主要是為了將門葉布置和構(gòu)件形象直觀展現(xiàn)出來(lái)，這樣容易事先發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的缺陷和不足。如果在建模過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題則返回到設(shè)計(jì)中重新確定，如此反復(fù)修改和確定，直到得出正確的門葉結(jié)構(gòu)。將設(shè)計(jì)和建模聯(lián)系在一起，有助于提高設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)周期，保證設(shè)計(jì)質(zhì)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(jì)算機(jī)輔助工具revit、archicad這些所謂的BIM，都屬于“參數(shù)化輔助設(shè)計(jì)”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(cuò)誤、或?qū)崿F(xiàn)較為復(fù)雜的建筑形體，但卻不是真正的參數(shù)化設(shè)計(jì)。真正的參數(shù)化設(shè)計(jì)是一個(gè)選擇參數(shù)建立程序、將建筑設(shè)計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嬐评韱?wèn)題的方法，它用理性思維替代主觀想象進(jìn)行設(shè)計(jì)，它將設(shè)計(jì)師的工作從“個(gè)性揮灑”推向“有據(jù)可依”；它使人重新認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)的規(guī)則，并大大提高運(yùn)算量；它與建筑形態(tài)的美學(xué)結(jié)果無(wú)關(guān)，轉(zhuǎn)而探討思考推理的過(guò)程。 在參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)人員根據(jù)工程關(guān)系和幾何關(guān)系來(lái)指定設(shè)計(jì)要求。要滿足這些設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)來(lái)維護(hù)這些基本關(guān)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(shè)計(jì)的本質(zhì)是在可變參數(shù)的作用下，系統(tǒng)能夠自動(dòng)維護(hù)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(guān)系，正是體現(xiàn)了設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖。 參數(shù)化設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)、相似設(shè)計(jì)及專用CAD系統(tǒng)開發(fā)方面都具有較大的應(yīng)用價(jià)值。目前，參數(shù)化設(shè)計(jì)中的參數(shù)化建模方法主要有變量幾何法和基于結(jié)構(gòu)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(shí)體或曲面模型。 參數(shù)更改技術(shù)使用戶對(duì)建筑設(shè)計(jì)或文檔部分作的任何改動(dòng)都可以自動(dòng)的在其它相關(guān)聯(lián)的部分反映出來(lái)，采用智能建筑構(gòu)件、視圖和注釋符號(hào)，使每一個(gè)構(gòu)件都通過(guò)一個(gè)變更傳播引擎互相關(guān)聯(lián)。構(gòu)件的移動(dòng)、刪除和尺寸的改動(dòng)所引起的參數(shù)變化會(huì)引起相關(guān)構(gòu)件的參數(shù)產(chǎn)生關(guān)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(duì)所有視圖進(jìn)行修改。從而提高了工作效率和工作質(zhì)量。用CAD方法開發(fā)產(chǎn)品時(shí)，零件設(shè)計(jì)模型的建立速度是決定整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)效率的關(guān)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(yàn)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(shè)計(jì)方法就是將模型中的定量信息變量化，使之成為任意調(diào)整的參數(shù)。對(duì)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(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)，參數(shù)化模型的建立是關(guān)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(jié)構(gòu)約束和尺寸約束。結(jié)構(gòu)約束是指幾何元素之間的拓?fù)浼s束關(guān)系，如平行、垂直、相切、對(duì)稱等；尺寸約束則是通過(guò)尺寸標(biāo)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(guān)系，通過(guò)定義尺寸變量及它們之間在數(shù)值上和邏輯上的關(guān)系來(lái)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(shè)計(jì)結(jié)果，結(jié)合第四章完成的三維可視化建模過(guò)程，對(duì)其需要更改的零件進(jìn)行形狀，尺寸和約束的調(diào)試，直到各零件之間相互無(wú)干涉，本章中使用Autodesk Inventor軟件對(duì)積石峽水電站表孔閘門進(jìn)行設(shè)計(jì)和參數(shù)化建模的互動(dòng)。參數(shù)化修正流程圖如圖41所示：對(duì)關(guān)聯(lián)零件進(jìn)行干