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2013-06-12 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
目前,基于Solidworks, proe, UG等CAD軟件的立體零件建模,三維零件模擬裝配等功能已經成熟,在計算機屏幕上便可實現以零件模型代替實物,進行方案選擇及修改、運動分析及校核,為產品的設計開發帶來很大的方便,以下結合Solidworks2006軟件的特點,介紹其在對小高層鋼結構住宅工程中鋼結構安裝的三維動態仿真的應用。
無論是傳統的手工繪圖設計,還是二維CAD計算機輔助設計,對于運動機構的設計都沒有辦法處理。簡單的機構運動還可以模擬,但稍微復雜一點的運動機構就束手無策了,隨著計算機輔助設計CAD的飛速發展,應用設計的功能日益增強,CAD已不僅僅限于二維圖紙設計,而且只有建立三維立體模型,生成數控代碼,將多個三維立體模型裝配為構件并進行動態仿真的功能,通過在計算機上建立虛擬的裝配模型,并對模型進行各種動態性能的分析,如裝配過程中零件與零件干涉情況分析,從而可實現利用數字化形式模擬代替傳統的實物試驗,可大大簡化產品的設計開發過程,優化構件的裝配方案,如鋼結構工程中可優化鋼結構施工安裝方案,大幅度縮短產品的開發周期,減少產品開發費用和成本,提高了系統性能,獲得最優化和創新的設計產品。
1 SolidWorks 2006的有關操作
1.1零件實體的建模
構件是由若干零件組成的,因此,在運動機構動態仿真前,要先做有關零件的實體建模。Solidworks2006用戶界面非常人性化,便于操作。在Solidworks的標準菜單中,包含了各種用于創建零件特征和基準特征的命令。其中基礎實體特征主要有拉伸凸臺l基體、旋轉凸臺/基體等。在基礎實體特征上可添加圓角、倒角、筋、抽殼、拔模及異型孔、線性陣列、圓周陣列、鏡像等放置特征,這些特征的創建對于實體造型的完整性非常重要。在處理復雜的幾何形狀時還需要其它高級特征選項,包括掃描、放樣凸臺/基體及參考幾何體中基準軸、基準面這些定位特征等。通過以上特征造型技術在Solidworks能設計出需要的實體特征。
1.2零件的裝配
利用Solidworks的裝配體模塊,可將零件模型裝配成機械系統。與傳統的CAD創建三維裝配體模型流程相比,在Solidworks裝配體環境中可在位創建零件,也可以在裝配體環境中修改零件而不需要單獨打開該零件。當保存裝配體時,零件文件也被保存到指定的目錄。當在位創建零件,或在多個裝配體中使用或重用零件時,可使用Solidworks創建的有自適應特征的零件,自適應零件能夠根據其它零件自動調整到相應的大小和位置。這樣可節約時間,提高精度,從而大大提高了設計的靈活性,減少了工作量。
1.3動態仿真可視化功能
當零件裝配成一系統之后,常常需要對系統做運動分析。而分析結果最好的表達方式莫過于動畫,因為動畫是一種傳遞設計思想,記錄仿真的良好載體,它的特點就在于形象和直觀。Animator就是一個與Solidworks完全集成的動畫制作軟件插件,它能將Solidworks的三維模型實現動態的可視化,并且實時錄制構件設計的模擬裝配過程、模擬拆卸過程和構件的模擬運行過程,將設計者的意圖更好地傳遞給客戶。
在Solidworks2006中,Animator的功能得到了增強,它和Solidworks2006中另一插件PhotoWorks無縫結合,可充分利用Solidworks獨有的實體模型和PhotoWorks的高品質的渲染功能。通過全相關來保證精度,包括保持配合約束關系和零件設計、裝配設計和工程圖之間的同步更新。通過增強的圖形燈光控制來增強視覺效果。通過專業的燈光控制和為零件的特征增加材質,來產生高質量的動畫效果。依靠龐大的材質、紋理和背景庫,增強視覺沖擊力。
2三維動態仿真實例
2.1仿真對象
本文以即墨德馨園小高層鋼結構住宅A8樓為研究對象,動態仿真其第1節鋼柱及鋼梁的安裝,詳細地說明了鋼結構安裝仿真的操作步驟和方法。
2.2零件的三維建模
在本例主要需要4種零件,包括鋼管柱、熱扎H型鋼梁、牛腿環板、鋼柱對接連接器,其次是一些附件包括墊鐵組、連接用的螺栓、螺母及栓釘等。如圖1所示。
2.3鋼構件的裝配
以上零件完成建模后,就可以對其裝配(鋼結構構件安裝)。先新建一個裝配體然后在插人零部件對話框中點擊瀏覽依次選擇要插入的零部件即可。其中第1個加人的零件十分重要,它是整個裝配體的裝配基礎,Solidworks已默認第1個零件為非運動體,其他所有的裝配體零件都是以此為基礎,本工程選擇地基為裝配參照體。調人零件后,要使零件之間達到準確的裝配,必須建立準確的裝配約束,兩個零件之間的配合關系一般用6個自由度來描述:3個坐標方向的位移以及繞這3個坐標方向的轉動,圍繞這6個自由度,系統在配合菜單下提供了包括角度、重合、同心、距離、平行、垂直、相切的7種標準配合和包括凸輪推桿配合、齒輪配合、限制配合、對稱配合、及寬度配合的4種高級配合,可以使用這些配合精確地放置實體。裝配好的效果如圖2所示。
2.4鋼構件安裝的三維動態仿真
先啟動Animator插件,單擊菜單"工具"~"插件",在Animator前的選欄上打勾,單擊確定。這時在屏幕上會出現Animator的工具欄。在Solidworks2006中Animator,的操作都是在工作區底部進行的,可單擊工作區底部的"模型"或者"動畫1"的標簽,很方便地在兩者間切換。
在生成動畫前,需要對零部件進行合理的位置約束,以達到和實際有相同的物理運動狀態:平移或轉動。用Animator來對鋼構件進行三維動態模擬仿真安裝,分3個步驟:①切換到動畫界面;②根據構件運動的時間長度,拖動時間滑桿到相應的位置:③拖動鋼構件,使其達到動畫序列末端應達到的新的位置。
A8樓第1節柱與地腳螺栓連接及2層梁連接的動態仿真思路:調節螺母安裝。鋼管柱安裝、墊鐵安裝、壓塊安裝,緊固螺母安裝,2層鋼梁安裝~高強螺栓安裝~墊片安裝~螺母安裝。期間可加進去一些視圖角度變化以達到諸如由遠到近的鏡頭拉伸的效果。如圖3a所示。
2)A8樓第2節柱與第1節柱對接的動態仿真思路:第2節柱吊裝~鋼柱對接連接器的安裝~固定螺母的安裝。如圖4a所示。
3)A8樓第1節柱安裝順序的動態仿真思路:安裝東部柱子~安裝東部鋼梁、安裝西部柱子~安裝西部鋼梁~安裝中部柱子~安裝中部鋼梁~安裝剪力墻柱子~安裝剪力墻鋼梁。如圖5a所示。
3結論
1)通過靜態裝配構件,校驗裝配尺寸,避免了鋼結構的安裝錯誤。
2)利用仿真技術動態模擬構件吊裝過程,進行實時干涉檢測,確保構件的安裝到位,對方案在空間上進行優化。
3)采用多點同時施工,按實際吊裝順序模擬工程進展,對方案在時間上進行優化。
4)通過對吊裝施工方案的動態模擬,施工人員可以隨意地選擇觀察的地點和角度,對吊裝現場進行實時漫游,隨時根據施工現場的具體情況調整吊裝施工方案。
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