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篇1

關(guān)鍵詞:精確建模;斜齒輪;參數(shù)化;掃掠

引言

齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)方式,由于漸開線的特點(diǎn),漸開線齒輪又是齒輪傳動(dòng)最常用的齒輪類型。近年來隨著CAD/CAE/CAM/CAPP技術(shù)的迅速發(fā)展,為了便于利用計(jì)算機(jī)仿真軟件對(duì)齒輪傳動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)噪音、輪齒修型等分析,齒輪的精確參數(shù)化建模已經(jīng)成為一個(gè)必要過程,而齒輪的建模精度又對(duì)計(jì)算結(jié)果起到?jīng)Q定性的作用。漸開線直齒圓柱齒輪由于螺旋角為零,因此精確建模已經(jīng)沒有問題,而漸開線斜齒輪由于齒面為空間漸開線螺旋面,且其端面齒形與法面齒形不同,三維精確參數(shù)化建模過程比較困難。在目前所能查找的論文中提出了很多斜齒輪精確參數(shù)化建模的方法,但仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)里面所提到的很多方法根本就無法實(shí)現(xiàn)斜齒輪的精確參數(shù)化建模,為此先從理論上對(duì)斜齒輪參數(shù)化精確建模進(jìn)行討論。

一、參數(shù)化建模中齒數(shù)與模型分析

在斜齒輪的精確建模中有一部分文獻(xiàn)沒有考慮到齒數(shù)對(duì)建模的影響[1][3][4][5][6][7][8]。沒有考慮齒根圓與基圓之間的大小關(guān)系,根據(jù)斜齒輪的齒根圓與基圓公式有:

df=d-2?mn(h*an+c*n)(1)

db=d?cosat(2)

df=db=d-2?mn(h*an+c*n)-d?cosat(3)

由公式(3)可以得到

=z?--2.5(4)

如果斜齒輪的齒根圓 與基圓 相等,則公式(4)右邊等于零。

z?--2.5(5)

對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)齒輪有an=200,這樣斜齒輪的齒根圓與基圓之間的大小關(guān)系就是螺旋角β、齒數(shù)z和法面模數(shù)mn的函數(shù)。當(dāng)齒根圓與基圓相等時(shí),那么斜齒輪的齒數(shù)z與斜齒輪的螺旋角β就成一函數(shù)關(guān)系,在此把這個(gè)函數(shù)關(guān)系用z=f(β)來表示,這說明斜齒輪的齒根圓與基圓相等的分界線是變化的,而不是恒定的。

齒輪精確建模時(shí),當(dāng)齒根圓小于基圓的時(shí)候,齒根圓與基圓之間是沒有漸開線的,這部分曲線是刀具的齒頂加工出來的過渡曲線;當(dāng)齒根圓大于基圓時(shí),齒廓曲線全部為漸開線。所以斜齒輪精確建模一定要分這兩種情況來討論,為了方便在此用表格來給出兩者的數(shù)據(jù)關(guān)系。

二、螺旋角與斜齒輪模型的關(guān)系分析

現(xiàn)有很多論文中斜齒輪的精確參數(shù)化建模都是先利用漸開線表達(dá)式生成漸開線一條齒廓曲線,把這個(gè)端面曲線沿螺旋線進(jìn)行沿引導(dǎo)線“掃掠”或“曲面已掃掠”命令來生成一個(gè)斜齒輪的輪齒,然后利用環(huán)形陣列生成斜齒輪的精確模型[1][2][3][4][5][6][7][8]。

(一)螺旋角的關(guān)系推導(dǎo)

斜齒輪的螺旋角是指分度圓上螺旋線的切線與軸線之間所夾的角度。由下推出[10]:

tanβ=(6)

L-螺旋線的導(dǎo)程;

π?d-斜齒輪分度圓上的直徑;

可以看出螺旋角是齒輪分度圓的一個(gè)函數(shù),在同一齒輪中,任意圓周di上的螺旋角為:

tanβi=(7)

通過公式(7)可以看出,在不同的圓周上螺旋角是不同的。

(二)沿引導(dǎo)線掃掠策略

掃掠體的數(shù)學(xué)模型是,先進(jìn)行路徑規(guī)劃,即將掃掠路徑進(jìn)行離散,求解出t時(shí)刻通過掃掠路徑曲線上節(jié)點(diǎn)si的坐標(biāo),然后確定在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的投影面(法平面)方程,然后將物體向投影面(法平面)投影,當(dāng)時(shí)間間隔足夠小時(shí),在滿足一定的精度情況下,把時(shí)刻t和t+t時(shí)刻之間生成的掃掠體看成是由這些投影曲線組成的面域繞轉(zhuǎn)動(dòng)極軸轉(zhuǎn)動(dòng)生成的實(shí)體。

為了簡化求解過程, 掃掠路徑通常寫成式的參數(shù)形式:

那么要想對(duì)一個(gè)物體進(jìn)行掃掠必須給出掃掠路徑和掃掠物體,在斜齒輪精確建模中,掃掠路徑是空間螺旋線,掃掠物體為漸開線的齒廓,這樣掃掠出來的齒形隨可以參數(shù)化,但在齒形上的每一點(diǎn)的法線都為掃掠路徑的切矢量,如果在創(chuàng)建時(shí),給定的掃掠路徑是分度圓上的螺旋線(在軟件中這個(gè)命令是單參數(shù)的),則得到的輪齒是任意一點(diǎn)的螺旋角都等于分度圓上的螺旋角,通過公式(7)可以看出這是不正確的。三維模型圖參考圖1.4。

(三)沿多條引導(dǎo)線已掃掠策略

一條螺旋線不可能得到正確的輪齒,如果采用多條螺旋線做掃掠路徑只能使用軟件中的“曲面已掃掠”命令來實(shí)現(xiàn),當(dāng)掃掠路徑比較多的時(shí)候可以得到比較精確的輪齒模型,但這個(gè)命令是不支持參數(shù)化的,也得不到參數(shù)化模型。

下面用一個(gè)實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證:

圖四是將端面的一個(gè)齒廓面沿引導(dǎo)線掃掠生成的輪齒形狀,此螺旋角為β=200,可以看出輪齒的形狀發(fā)生了嚴(yán)重的扭曲,且隨著螺旋角的度數(shù)增大,扭曲現(xiàn)象就越明顯。

圖五是將端面的一個(gè)齒廓面利用曲面里面的已掃掠生成的輪齒形狀,可以看出當(dāng)使用一條螺旋線的時(shí)候,輪齒發(fā)生了扭曲,不可能產(chǎn)生精確地輪齒。當(dāng)增多引導(dǎo)引導(dǎo)線串時(shí),扭曲程度降低,另外通過圖三與圖二的對(duì)比可以看出兩個(gè)操作都產(chǎn)生了扭曲,但扭曲程度是不一樣的。

通過上述論證,要想得到參數(shù)化的精確模型,必須使用掃掠命令來實(shí)現(xiàn),可以對(duì)此命令進(jìn)行二次開發(fā),給定分度圓上的螺旋角,然后設(shè)定漸開線上上段的個(gè)點(diǎn)螺旋角的值是線性遞增的,下半段式線性遞減的,使遞增和遞減的值分別等于齒頂圓上螺旋角和齒根圓上的螺旋角,這樣既可以參數(shù)化又可得到精確的模型

三、陣列操作與參數(shù)化分析

在很多文獻(xiàn)中當(dāng)單個(gè)齒生成后通過陣列的方法來生成整個(gè)斜齒輪模型,通常在軟件中有兩種生成方法:第一種是特征操作下的陣列(引用下的環(huán)形陣列)第二中方法是變換下的環(huán)形陣列,這兩種方法本質(zhì)上是不同的,引用下的環(huán)形陣列是不能參數(shù)化的,而特征操作下的環(huán)形陣列是可以參數(shù)化的。

所以要想進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)必須采用特征操作下的沿引導(dǎo)線掃掠來生成輪齒,然后再進(jìn)行特征操作下的環(huán)形陣列來得到參數(shù)化模型。

四、結(jié)束語

本文主要對(duì)已有的斜齒輪精確參數(shù)化建模的方法進(jìn)行分析,推導(dǎo)出其不能得到精確參數(shù)化模型的理論原因,為以后斜齒輪的精確建模提供理論上的參考依據(jù)。精確模型一定是理論上推導(dǎo)證明出來的精確,還要注意當(dāng)通過計(jì)算機(jī)算法去實(shí)現(xiàn)出來后一定存在誤差的,那么必須對(duì)誤差進(jìn)行分析,確定誤差的范圍是不是在后續(xù)分析的允許范圍內(nèi)。

參考文獻(xiàn):

[1]白劍鋒等.UG在漸開線斜齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2006,(70).

[2]邵家云,任豐蘭.UG中漸開線斜齒輪的全參數(shù)化精確建模[J].農(nóng)機(jī)使用與維修,2009,(1).

[3]趙向前,徐洪濤.基于UG4.0的斜齒圓柱齒輪的三維精確參數(shù)化建模[J].金屬加工,2008,(2).

[4]魯春艷.基于UG的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的虛擬設(shè)計(jì)與分析[J].蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,(3).

[5]徐雪松,畢鳳榮.基于UG的漸開線斜齒輪參數(shù)化建模研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2003,(12).

[6]孫江宏,姚文席,吳平良.基于UG的斜齒輪三維參數(shù)化設(shè)計(jì)方法-掃描成型法[J].2003,(2).

[7]徐江敏,孟慧亮,蘇石川.漸開線斜齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù),2008,(11).

[8]沈軍,文軍.斜齒圓柱齒輪三維參數(shù)化建模運(yùn)動(dòng)仿真及其在機(jī)床設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2004,(11).

篇2

關(guān)鍵詞：軌道交通；綜合管網(wǎng)；三維輔助設(shè)計(jì)；參數(shù)化建模

中圖分類號(hào)：F49

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：16723198（2014）02017703

1引言

目前我國軌道交通車站綜合管網(wǎng)設(shè)計(jì)過程中大都面臨設(shè)計(jì)周期短、任務(wù)重、多專業(yè)獨(dú)立工作等問題，給車站管網(wǎng)綜合設(shè)計(jì)帶來極大難度，為了提高車站綜合管網(wǎng)設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率，以虛擬仿真為特點(diǎn)的三維輔助設(shè)計(jì)越來越多地應(yīng)用到優(yōu)化設(shè)計(jì)中。通過可視化的三維輔助設(shè)計(jì)，可以對(duì)車站管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)縮短周期、減少任務(wù)量、多專業(yè)協(xié)同的目標(biāo)?，F(xiàn)階段三維輔助設(shè)計(jì)主要是基于三維實(shí)體模型，即建立在實(shí)體模型基礎(chǔ)上的虛擬仿真。通常制作三維實(shí)體模型或按需要修改三維實(shí)體模型都需要大量的時(shí)間，繁瑣的建模工作使三維輔助設(shè)計(jì)的效率大打折扣。參數(shù)化建模技術(shù)可以很好地解決上述問題，所謂參數(shù)化建模就是將管線的尺寸、形狀、空間位置、材質(zhì)屬性等以現(xiàn)三維信息公司研發(fā)的MicroStation等，深圳地鐵3號(hào)線車站采用了Mircostation建模輔助地參數(shù)的形式來表示，通過調(diào)用管線的參數(shù)實(shí)鐵車站綜合管網(wǎng)設(shè)計(jì)，雖然取得了很好的效果，但由于該軟件涵模型創(chuàng)建，從而顯著地提高建模的效率。目前國內(nèi)外有眾多學(xué)者在從事參數(shù)化建模的研究，且取得了很多成果。目前比較常用的參數(shù)化建模軟件有AutoDesk公司開發(fā)的Revit，Bentley蓋整個(gè)建筑工程各個(gè)方面，成本較高，針對(duì)性不強(qiáng)，僅用于綜合管網(wǎng)設(shè)計(jì)投入成本較大。本文主要研究面向軌道交通車站綜合管網(wǎng)三維輔助設(shè)計(jì)的參數(shù)化建模技術(shù)，針對(duì)綜合管網(wǎng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)提出了車站綜合管網(wǎng)的參數(shù)化模型的構(gòu)建方法以及應(yīng)用流程，并將此方法應(yīng)用于寧波軌道交通車站綜合管網(wǎng)設(shè)計(jì)中。

2地鐵車站管網(wǎng)參數(shù)化建模

2.1參數(shù)化建模與三維輔助設(shè)計(jì)關(guān)系

參數(shù)化建模是三維輔助設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，參數(shù)化建模為可視化輔助設(shè)計(jì)提供帶屬性信息的三維實(shí)體模型。三維信息模型才可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)修改、二三維一體化聯(lián)動(dòng)、屬性信息瀏覽與編輯等輔助設(shè)計(jì)功能，只有構(gòu)建了參數(shù)化的管網(wǎng)三維模型才能真正實(shí)現(xiàn)地鐵車站管網(wǎng)可視化的三維輔助設(shè)計(jì)。

2.2軌道交通車站綜合管網(wǎng)特點(diǎn)分析

軌道交通車站綜合管網(wǎng)參數(shù)化建模前，首先根據(jù)車站管網(wǎng)綜合圖紙，對(duì)管網(wǎng)特點(diǎn)進(jìn)行分析。車站綜合管網(wǎng)一般分為風(fēng)、水、電三部分，即暖通空調(diào)專業(yè)、給排水專業(yè)、強(qiáng)弱電專業(yè)，各專業(yè)內(nèi)又有大小排風(fēng)系統(tǒng)、冷凍水管、冷凝水管、消防水管、給水管、污水管、動(dòng)照橋架、通信橋架等管線，對(duì)于眾多類型的管線，在建模時(shí)根據(jù)管線名稱設(shè)定不同的ID，并按管線形狀分為圓管與方管。把水管、排氣管等歸為圓管，橋架、通風(fēng)系統(tǒng)等管線劃分為方管。為確保模型真實(shí)性，在建模前重點(diǎn)研究設(shè)計(jì)說明與相關(guān)規(guī)范，充分考慮到管線保溫層厚度、實(shí)際尺寸以及維修空間等參數(shù)。同時(shí)，管網(wǎng)綜合圖紙中管線屬性信息大多以圖形標(biāo)注的形式來展示，并未賦予在管線輪廓線上，因此圖形標(biāo)注信息以及其他相關(guān)信息參數(shù)化需要依附在指定的載體上。

2.3軌道交通車站綜合管網(wǎng)參數(shù)化建模方法

通過對(duì)軌道交通車站綜合管網(wǎng)系統(tǒng)分析，將綜合管網(wǎng)三維信息模型構(gòu)建主要分為三部分來實(shí)現(xiàn)，第一部分創(chuàng)建數(shù)據(jù)倉庫，第二部分二維CAD圖紙參數(shù)化處理與入庫，第三部分為數(shù)據(jù)庫信息轉(zhuǎn)化為三維信息模型（見圖1）。

（1）數(shù)據(jù)倉庫能儲(chǔ)存大量的管網(wǎng)屬性信息與位置信息，是對(duì)管網(wǎng)數(shù)字化信息儲(chǔ)存與管理的重要工具，是實(shí)現(xiàn)二維圖形向三維模型轉(zhuǎn)換的重要組成部分。

（2）基于AutoCAD平臺(tái)的二次開發(fā)，將數(shù)據(jù)庫與AutoCAD平臺(tái)關(guān)聯(lián)，在管網(wǎng)綜合圖上繪制管線中心線，將圖形信息以參數(shù)化的形式賦予中心線上，并將中心線上所有屬性信息全部轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)庫中儲(chǔ)存和管理。

（3）基于ArcGIS平臺(tái)與OpenGL建模技術(shù)結(jié)合，通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫信息，以參數(shù)驅(qū)動(dòng)集成圖形模塊實(shí)現(xiàn)三維信息模型生成。

3軌道交通車站綜合管網(wǎng)參數(shù)化建模工具

3.1數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

軌道交通車站綜合管網(wǎng)參數(shù)化建模選用PostgreSQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)作為儲(chǔ)存參數(shù)化信息的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。PostgreSQL是面向目標(biāo)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，具有傳統(tǒng)商業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的所有功能，同時(shí)又具有下一代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的使用增強(qiáng)功能，為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與調(diào)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

根據(jù)軌道交通車站綜合管網(wǎng)特點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)庫表進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中包括設(shè)備中心線要素表、管線材質(zhì)庫表、地鐵線路表、地鐵車站表、站內(nèi)分層表、車站軸線表、支吊架表、管線彎頭表、管線中心線要素表、管線碰撞記錄表，通過數(shù)據(jù)錄入插件，將獲取的參數(shù)化信息錄入到對(duì)應(yīng)的表格中儲(chǔ)存與管理。

3.2數(shù)據(jù)錄入插件

數(shù)據(jù)錄入插件是參數(shù)化建模中重要組成部分，是關(guān)聯(lián)AutoCAD與prostgreSQL，實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)向參數(shù)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的重要工具。該插件以VS2008軟件對(duì)AutoCAD二次開發(fā)，插件功能如下：（1）賦予載體屬性信息。管線信息以中心線為載體，點(diǎn)擊中心線可彈出屬性錄入框，可將CAD圖紙中地鐵車站管線的長、寬、直徑、高程、材質(zhì)以及維修空間等信息賦予在中心線上（見圖2）。

（2）生成帶屬性的彎頭中心線。管線彎頭部分，通過點(diǎn)擊彎頭相關(guān)聯(lián)的直管中心線，彈出對(duì)話框來選擇彎頭的連接方式如變彎、變徑和變高，從而自動(dòng)生成帶有關(guān)聯(lián)屬性的彎頭中心線（見圖3）。

（3）提取屬性信息。將CAD圖紙中賦予中心線的屬性信息與線段原始的信息如X、Y坐標(biāo)、長度等進(jìn)行提取，通過與數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)將提取的全部信息儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫對(duì)應(yīng)的表格中（見圖4）。

3.3模型生成模塊

三維信息模型的自動(dòng)生成是基于ARCGIS平臺(tái)二次開發(fā)來實(shí)現(xiàn)的。ARCGIS平臺(tái)二次開發(fā)是將ARCGIS平臺(tái)中三維分析模塊與OpenGL建模的集成。根據(jù)地鐵車站管網(wǎng)特點(diǎn)，ARCGIS平臺(tái)中三維分析模塊用于標(biāo)準(zhǔn)直管的參數(shù)化模型構(gòu)建，OpenGL建模用于彎頭連接部分的參數(shù)化模型構(gòu)建。

（1）ARCGIS三維分析模塊。通過讀取數(shù)據(jù)庫中標(biāo)準(zhǔn)直管的屬性信息，通過參數(shù)約束驅(qū)動(dòng)模塊從而實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)直管的三維信息模型的生成，方管以底邊中心線位置、寬和高等參數(shù)，將一個(gè)矩形框按長度參數(shù)界定的范圍形成方管模型，圓管以軸線點(diǎn)位為圓心，將一個(gè)圓圈按長度參數(shù)界定的范圍形成圓管模型。

（2）OpenGL建模。通過在OpenGL建模中創(chuàng)建矢量變彎、變徑、變高的彎頭參數(shù)化模型。將彎頭參數(shù)化模型嵌入ARCGIS平臺(tái)中，同時(shí)通過ARCGIS的SDK模塊的軟件程序編寫，讀取數(shù)據(jù)庫中彎頭的屬性信息，生成相應(yīng)的彎頭模型（見圖5）。

通過數(shù)據(jù)庫中彎頭表格中中心線的關(guān)聯(lián)信息，將生成的彎頭模型與將方管、圓管模型合成，從而構(gòu)成完整的管網(wǎng)參數(shù)化模型。

4軌道交通車站綜合管網(wǎng)參數(shù)化建模流程設(shè)計(jì)

通過對(duì)軌道交通車站綜合管網(wǎng)圖紙?zhí)攸c(diǎn)分析，為實(shí)現(xiàn)車站管網(wǎng)三維信息模型構(gòu)建設(shè)計(jì)了相應(yīng)的應(yīng)用流程。

（1）參數(shù)分析。參數(shù)分析包括車站管線類別、管線保溫層、管線最大外徑、管線維修空間等參數(shù)，通過對(duì)圖紙說明與規(guī)范的分析，制作材質(zhì)屬性表（見圖6），并錄入數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)錄入圖紙信息時(shí)可以將公稱值換算成實(shí)際值。更能反映現(xiàn)場(chǎng)管網(wǎng)狀況，提高圖紙的精確度。

（2）圖紙標(biāo)準(zhǔn)化。在收集地鐵車站管網(wǎng)圖紙前，由于各設(shè)計(jì)人員習(xí)慣不同，車站管網(wǎng)圖紙顏色各異，圖層名各不相同，因此制定一份制圖規(guī)范，統(tǒng)一制圖格式和標(biāo)準(zhǔn)，既能加強(qiáng)對(duì)圖紙管理工作，又能為錄入數(shù)據(jù)時(shí)提供標(biāo)準(zhǔn)圖紙便于識(shí)別與錄入。

（3）管網(wǎng)二維圖形的參數(shù)化處理。在CAD圖中創(chuàng)建對(duì)應(yīng)圖層，繪制對(duì)應(yīng)管網(wǎng)中心線，其中繪制管網(wǎng)中心線分為兩個(gè)部分，一是標(biāo)準(zhǔn)直線段管網(wǎng)中心線繪制，繪制該段管線的中心線，將管線的屬性信息包括長、寬（直徑）、高程、材質(zhì)等填入對(duì)應(yīng)的屬性框中，二是彎頭部分中心線繪制，點(diǎn)擊彎頭兩端的管線中心線，會(huì)彈出對(duì)話框，根據(jù)實(shí)際圖紙情況選擇對(duì)應(yīng)的變高、變徑、變彎選項(xiàng)，自動(dòng)生成彎頭中心線。

（4）參數(shù)化信息導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。對(duì)繪制好的中心線的地鐵車站管網(wǎng)綜合圖紙按建筑層（站廳層、站臺(tái)層、站臺(tái)板下層）分別導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中。

（5）三維信息模型生成。通過讀取關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫中的管線屬性信息和彎頭屬性信息，自動(dòng)生成管網(wǎng)三維信息模型。

5實(shí)例研究

該參數(shù)化建模方法已成功應(yīng)用在對(duì)寧波軌道交通1號(hào)線19個(gè)車站以及2號(hào)線部分車站管網(wǎng)三維信息模型構(gòu)建中。以下介紹福明路站構(gòu)建管網(wǎng)三維信息模型流程（見圖7）。

（1）統(tǒng)一制圖規(guī)范。在建模前，與參與設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)人員協(xié)商，制定了一份共同認(rèn)可的制圖規(guī)定，統(tǒng)一了管網(wǎng)綜合圖紙的各管線顏色與名稱、管線所在的圖層名稱等（見圖8）。

（2）屬性信息輸入。將福明路站綜合管線按不同專業(yè)管線進(jìn)行分類，分別在各個(gè)專業(yè)圖上繪制中心線，使用數(shù)據(jù)錄入插件數(shù)據(jù)錄入功能，將管線屬性信息輸入到屬性錄入框中。

（3）信息入庫。將完成屬性錄入的圖紙整合在一起，使用數(shù)據(jù)錄入插件導(dǎo)入功能，將車站所有管線的信息儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫中。

（4）綜合管網(wǎng)模型生成。模型生成模塊通過讀取數(shù)據(jù)庫中管線的信息，生成了福明路站綜合管網(wǎng)模型（見圖9），在屬性框中每根管線都有對(duì)應(yīng)的名稱、ID、長、寬、高、高程、空間位置、材質(zhì)、實(shí)際尺寸、保溫層、維修空間等參數(shù)信息，在三維環(huán)境中可任意管線的參數(shù)信息進(jìn)行瀏覽與編輯，同時(shí)編輯內(nèi)容保存在數(shù)據(jù)庫中。

6結(jié)論

本文針對(duì)軌道交通車站綜合管網(wǎng)特點(diǎn)提出了綜合管網(wǎng)三維信息模型構(gòu)建方法，研發(fā)了基于AutoCAD平臺(tái)的屬性錄入插件以及三維GIS技術(shù)與OpenGL建模技術(shù)相結(jié)合的三維模型生成模塊，實(shí)現(xiàn)了車站各專業(yè)管線的參數(shù)化建模。該模型在設(shè)計(jì)階段為設(shè)計(jì)人員提供了一個(gè)可修改的三維信息實(shí)體模型輔助設(shè)計(jì)，同時(shí)在施工階段直觀反映圖紙信息為施工人員提供三維施工指導(dǎo)，并且在運(yùn)行維護(hù)階段還可以為管理者提供管線設(shè)備檢修、三維資產(chǎn)管理等，在整個(gè)軌道交通車站建設(shè)中都能發(fā)揮其作用，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]王淑嬙，王乾坤.地鐵車站三維輔助建設(shè)與管理系統(tǒng)的構(gòu)建[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，34（3）：289292.

[2]王乾坤，王淑嬙.地鐵工程施工安全監(jiān)控管理信息系統(tǒng)的構(gòu)建[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31（23）：7276.

[3]梅小寧，楊樹興.基于UG二次開發(fā)的參數(shù)化建模方法在優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技導(dǎo)報(bào)，2010，28（3）：2932.

[4]李軍.三維GIS空間數(shù)據(jù)模型及可視化技術(shù)研究[D].國防科技大學(xué)，2000.

[5]陳靖芯，徐晶.基于CATIA的三維參數(shù)化建模方法及其應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2003，20（8）：4850.

[6]孫偉，馬輝.面向機(jī)械產(chǎn)品可視化設(shè)計(jì)的參數(shù)化建模[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，30（11）：16321635.

篇3

【關(guān)鍵詞】Pro/TOOLKIT；參數(shù)化；筒形搖架

1.引言

搖架作為火炮的支撐部分，對(duì)火炮的準(zhǔn)確度、火炮的穩(wěn)定性有著重要的作用。

搖架對(duì)設(shè)計(jì)者提出了越來越高的要求，大量的設(shè)計(jì)圖與修改需要設(shè)計(jì)者去完成，是否仍然要埋首于大堆的設(shè)計(jì)圖中，為一個(gè)個(gè)的改動(dòng)而焦心竭慮。Pro/E所具有的參數(shù)化建模能力將使設(shè)計(jì)者的工作大大簡化。本文以某火炮筒形搖架為研究對(duì)象，使用Pro/E的二次開發(fā)功能對(duì)搖架進(jìn)行三維參數(shù)化建模，使得搖架的設(shè)計(jì)直觀、準(zhǔn)確，便于用戶的修改，大大提高了工作效率并減少了生產(chǎn)成本。因此，將火炮搖架的模型用參數(shù)化形式來表示調(diào)用為炮架的設(shè)計(jì)制造提供了方便，具有現(xiàn)實(shí)的研究意義。

2.參數(shù)化建模的技術(shù)

參數(shù)化功能是Pro/ENGINEER的核心部分。參數(shù)化設(shè)計(jì)方法可以分為程序驅(qū)動(dòng)及尺寸驅(qū)動(dòng)兩種方法[1]。程序驅(qū)動(dòng)方法是一種自下而上的建模方法，由點(diǎn)、邊、面形成完整模型，一旦用戶需要修改模型，必須重新指定尺寸，程序重新求解坐標(biāo)，繪制草圖，對(duì)于復(fù)雜零件來說，增大了工作量。

尺寸驅(qū)動(dòng)方法是一種自上而下的建模方法，用輪廓體現(xiàn)設(shè)計(jì)思想。尺寸驅(qū)動(dòng)是在輪廓上加上尺寸參數(shù)，并設(shè)置線段之間的約束關(guān)系后，根據(jù)尺寸參數(shù)和約束關(guān)系來控制輪廓的位置、形狀和大小。當(dāng)輪廓尺寸的數(shù)值大小改變時(shí)，輪廓上其他和此約束有關(guān)的部分也將隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。尺寸驅(qū)動(dòng)將設(shè)計(jì)圖形的直觀性和設(shè)計(jì)尺寸的精確性有效地統(tǒng)一起來，大大提高設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。

Pro/E軟件在提供強(qiáng)大的設(shè)計(jì)、分析、制造功能的同時(shí)，也為用戶提供了多種二次開發(fā)工具[2]。Pro/TOOLKIT是Pro/E軟件提供的開發(fā)工具之一，它功能極其強(qiáng)大，庫函數(shù)豐富，基本可以完成Pro/E所擁有的所有功能，是進(jìn)行Pro/E二次開發(fā)最理想的工具。Pro/TOOLKIT支持完全面向?qū)ο蟮木幊?，利用Visual C++6.0語言的可視化界面設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行環(huán)境設(shè)置，使用Visual C++語言編寫程序、信息文件和注冊(cè)文件實(shí)現(xiàn)了Visual C++與Pro/ENGINEER的連接，通過MFC應(yīng)用程序可以設(shè)計(jì)出方便實(shí)用的人機(jī)交互界面。然后把三維模型樣板，輸入?yún)?shù)和提示圖形放在同一個(gè)對(duì)話框中。這樣就在Pro/E、Pro/TOOLKIT和VC++之間建立起連接，只要在對(duì)話框中輸入要修改的參數(shù)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)生成新的三維模型。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)流程圖

3.筒形搖架的三維參數(shù)化建模

3.1確定驅(qū)動(dòng)參數(shù)和約束方程

筒形搖架是主筒剖面為圓筒形的搖架。主要由長筒形主筒、前后銅襯瓦、反后座裝置支坐、耳軸、護(hù)筒、定向栓室與各種支臂組成。選取L0、L1、L2、L3、E、R1、R2為主設(shè)計(jì)尺寸，尤其是主體內(nèi)圓半徑L1和主筒壁厚R2決定著搖架的口徑，L0反映的是搖架主體的長度，這七個(gè)尺寸對(duì)火炮搖架的設(shè)計(jì)有著重大的影響。根據(jù)尺寸關(guān)系選取E1、E2、E3、α、H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、B1、A3、B4作為輔助設(shè)計(jì)尺寸。而其它尺寸在一般情況下不變，所以擬定為固定尺寸[3，4]。其結(jié)構(gòu)用三視圖表示，尺寸如圖2所示。

圖2 筒形搖架尺寸標(biāo)注圖

設(shè)置筒形搖架模型的參數(shù)和關(guān)系，如圖3所示。

圖3 關(guān)系設(shè)置

根據(jù)搖架的實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，得出下列的約束條件：

2E1>L3；

H2

B2

H5

E1>E3>E2；

E2

L1>H7。

根據(jù)這些條件添加尺寸的約束語句。部分判斷語句代碼如下：

if（m_2E1

if（m_H2>=0.5*（m_E1） AfxMessageBox（"H2必須小于0.5倍的E1，請(qǐng)重新輸入"）；

if（m_B2>m_B1>m_E） AfxMessageBox（"B2必須小于等于B1小于等于E，請(qǐng)重新輸入"）；

……

3.2設(shè)置連接環(huán)境

新建一個(gè)項(xiàng)目，并且設(shè)置開發(fā)環(huán)境。進(jìn)入Visual C++6.0集成開發(fā)環(huán)境，對(duì)VC++的編譯連接環(huán)境進(jìn)行設(shè)置。

A 設(shè)置Selecting對(duì)話框：在Tools/Option/Directories中添加包含文件和庫文件，如下：

包含文件

D：＼PTC＼PROEWILDFIRE2.0＼PROTOOLKIT＼INCLUDES

D：＼PTC＼PROEWILDFIRE2.0＼PRODEVELOP＼INCLUDES

D：＼PTC＼PROEWILDFIRE 2.0＼PRODEVELOP＼PRODEV_APPLS＼INCLUDES

D：＼PTC＼PROEWILDFIRE 2.0＼PROTOOLKIT＼PROTK_APPLS＼INCLUDES

庫文件

D：＼PTC＼PROEWILDFIRE 2.0＼PROTOOLKIT＼I486_NT＼OBJ

D：＼PTC＼PROEWILDFIRE 2.0＼PRODEVELOP＼I486_NT＼OBJ

B 設(shè)置Project Setting對(duì)話框各項(xiàng)更改工程設(shè)置如下：

C/C++/常規(guī)：勾選“產(chǎn)生瀏覽信息”

C/C++/Code Generation/Use run-time library：Multithreaded DLL

連接/自定義：勾選“強(qiáng)制文件輸出”

連接/常規(guī)/對(duì)象/庫模塊：mpr.lib protk_dll.lib wsock32.lib

3.3生成模型

在對(duì)話框中輸入修改參數(shù)，系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生新的模型。假如修改搖架主筒長度，搖架主筒長L0從1500毫米修改為1520毫米，模型更新前如圖4所示，模型更新成功后如圖5。在修改一個(gè)尺寸后，參數(shù)化模型中的相關(guān)尺寸就會(huì)自動(dòng)更新。但前提是尺寸輸入正確，若尺寸參數(shù)改動(dòng)為不符合約束條件的值，這時(shí)運(yùn)行程序，會(huì)彈出一個(gè)如圖6所示的對(duì)話框提示尺寸錯(cuò)誤。

圖4 模型更新前

圖5 模型更新后

圖6 尺寸錯(cuò)誤時(shí)的提示對(duì)話框

4.結(jié)論

使用Pro/ENGINEER軟件的Pro/TOOLKIT功能，結(jié)合Visual C++6.0編程軟件進(jìn)行二次開發(fā)。以某口徑火炮筒形搖架為例，確定各參數(shù)關(guān)系和約束方程，開發(fā)了參數(shù)化建模的程序，實(shí)現(xiàn)了對(duì)筒型搖架模型的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)，完成了對(duì)火炮搖架的快速設(shè)計(jì)，提高了工作效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] P rashant Banerjee，D an Ze tu.虛擬制造[M].張偉，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2005.2

[2] 王曉麗，季忠.Pro/ENGINEER的二次開發(fā)方法比較[M].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2006：133-134

篇4

關(guān)鍵詞：SolidWorks，VisualC++，參數(shù)化建模，二次開發(fā)

 

0 前言

SolidWorks是基于Windows平臺(tái)的CAD/CAM/CAE/PDM桌面集成系統(tǒng)，以參數(shù)化和特征建模的技術(shù)，為設(shè)計(jì)人員提供了良好的設(shè)計(jì)環(huán)境。在SolidWorks系統(tǒng)中，模型的尺寸、相互關(guān)系和幾何輪廓可以隨時(shí)修改，零部件之間和零部件與圖紙之間的更新完全同步，能自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)約束檢查，具有強(qiáng)勁的復(fù)雜曲面造型功能，現(xiàn)已成為微機(jī)平臺(tái)上主流三維設(shè)計(jì)軟件之一。

盡管SolidWorks的功能已非常強(qiáng)大，但由于仍然采用的是手工交互形式建模，不能完全滿足專業(yè)機(jī)械CAD系統(tǒng)的需要。免費(fèi)論文參考網(wǎng)?；诖艘颍绻芡ㄟ^對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)，針對(duì)特定機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模，那么對(duì)于三維建模在我國企業(yè)中的推廣將是非常有利的。為了方便用戶進(jìn)行二次開發(fā)，SolidWorks軟件提供了開發(fā)工具API(Application Program Interface，應(yīng)用程序接口)，用戶可以使用支持API的高級(jí)語言如Visual C++、VisualBasic、Delphi等對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)[1]，創(chuàng)建出用戶定制的、特有的SolidWorks功能模塊。，

1.SolidWorks的二次開發(fā)技術(shù)和參數(shù)化建模

1.1 SolidWorks的二次開發(fā)

SolidWorks為用戶提供的API二次開發(fā)接口，由數(shù)以百計(jì)的功能函數(shù)構(gòu)，這些API函數(shù)使得程序員可以通過程序直接訪問SolidWorks。所有的函數(shù)都是有關(guān)對(duì)象的方法或?qū)傩裕ㄟ^對(duì)這些對(duì)象屬性的設(shè)置和方法的調(diào)用，用戶可以在自己開發(fā)的程序中對(duì)SolidWorks進(jìn)行各種操作控制，從而完成零件草圖的繪制和三維模型的建立。

SolidWorks的API接口分為兩種：一種是基于OLE(Object Linking and Embedding，對(duì)象的嵌入與鏈接)Automation的IDispath技術(shù)；另一種是基于Windows基礎(chǔ)的COM(Compenent Object Model，組件對(duì)象模型)技術(shù)。基于OLE Automation的IDispath技術(shù)是一種快速開發(fā)手段，通常作為Visual Basic、Delphi編程語言的接口。而由基于COM技術(shù)的VisualC++編程語言開發(fā)的DLL（Dynamic LinkLibrary，動(dòng)態(tài)鏈接庫）文件，可以直接嵌入到SolidWorks內(nèi)部，當(dāng)成功加載后，應(yīng)用程序的菜單就直接出現(xiàn)在SolidWorks主菜單上，與SolidWorks自帶的插件一樣，而且還可以單獨(dú)測(cè)試，進(jìn)行操作時(shí)極大地提高了設(shè)計(jì)效率，所以是首選的開發(fā)方法。

1.2零部件的參數(shù)化建模

三維建模時(shí)應(yīng)對(duì)零件進(jìn)行分析，選擇合理的建模方法。參數(shù)化設(shè)計(jì)是指通過改動(dòng)圖形的某一部分或某幾部分的尺寸，自動(dòng)完成對(duì)圖形中相關(guān)部分的修改，即當(dāng)賦予不同的參數(shù)值時(shí)，就可自動(dòng)生成滿足設(shè)計(jì)要求的零部件模型，從而實(shí)現(xiàn)同類機(jī)械產(chǎn)品快速修改與設(shè)計(jì)。對(duì)于參數(shù)化模型而言，主要有兩個(gè)內(nèi)容：幾何關(guān)系和拓?fù)潢P(guān)系。幾何關(guān)系是指具有幾何意義的點(diǎn)、線、面，有確定的位置和大??；拓?fù)潢P(guān)系反映了形體的特性和關(guān)系，如幾何元素之間的鄰接關(guān)系[2]。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。對(duì)于企業(yè)中標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)時(shí)所采用的數(shù)學(xué)模型及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都可以將數(shù)據(jù)作為參數(shù)變量，從而實(shí)現(xiàn)在SolidWorks環(huán)境下零部件的三維參數(shù)化建模。這種參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)具有強(qiáng)大的變量驅(qū)動(dòng)和模型再生功能，可以有效地提高設(shè)計(jì)人員的工作效率。

2.用Visual C++ 6.0對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)的方法

2.1 DLL的創(chuàng)建

基于COM技術(shù)的VisualC++編程語言所開發(fā)的DLL文件，可以通過三種方式創(chuàng)建：一種是使用SWizard.swx工程向?qū)?，第二種是使用ATL Object Wizard向?qū)?，第三種是使用用戶自定義向?qū)А５诙N向?qū)?chuàng)建DLL文件，相對(duì)來說簡單實(shí)用，開發(fā)時(shí)間短。在Visual C++中用該向?qū)?chuàng)建DLL工程，加入自己應(yīng)用程序的代碼，編譯鏈接后生成*.dll文件，也就是插件。

2.2DLL的加載

將動(dòng)態(tài)鏈接庫文件*.dll加載到SolidWorks中，有兩種常用的方法：一種是先運(yùn)行SolidWorks軟件，然后點(diǎn)擊SolidWorks菜單欄中的【文件】/【打開】菜單命令，在彈出的過濾器中選擇Add-Ins(*.dll)，最后選擇所需的DLL文件加載，確定即可；另一種是先將DLL在注冊(cè)表中注冊(cè)成為SolidWorks系統(tǒng)的插件，然后運(yùn)行SolidWorks，點(diǎn)擊【工具】/【插件】菜單命令，在彈出的插件對(duì)話框中選擇要加載的插件即可。此操作對(duì)于一個(gè)動(dòng)態(tài)庫文件只需做一次，以后啟動(dòng)SolidWorks軟件無需再進(jìn)行加載操作。

3. 對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)的實(shí)例

以一個(gè)柱塞實(shí)體為例，介紹采用Visual C++ 6.0編程語言對(duì)SolidWorks 2008進(jìn)行二次開發(fā)、參數(shù)化建模的應(yīng)用。

（1）啟動(dòng)Vsiua1 C++，單擊【文件】/【新建】，選擇【工程】選項(xiàng)卡，選擇【ATL COM AppWizard】，輸入工程的位置和名稱，如PUMP，單擊【確定】。

（2）在【Server Type】中選擇【DynamicLink Library（DLL）】選項(xiàng)和【Support MFC】選項(xiàng)，單擊【完成】，系統(tǒng)會(huì)給出“新建工程信息”，核對(duì)無誤后單擊【確定】。

（3）在Visua1 C++的【Class View】標(biāo)簽中，用鼠標(biāo)右鍵單擊頂部的類圖標(biāo)（PUMP classes），在下拉列表中選擇【New ATL Object】。在彈出的對(duì)話框中的【Category】列表中，選擇【Solidworks】；在【Object】窗口中，選擇【SwAddIn】圖標(biāo)，單擊【下一步】，在【ATL Object Wizard】屬性對(duì)話框的【Names】標(biāo)簽中，輸入想在【Short Name】中使用的ATL對(duì)象類名，如ppump。其他標(biāo)簽選用默認(rèn)的設(shè)置，點(diǎn)擊【確定】按鈕。

（4）在【Class View】標(biāo)簽中，右擊Ippump接口，選擇【Add Method】，在彈出的【添加方法至界面】對(duì)話框的【N方法名】文本框中輸入函數(shù)名，單擊【確定】按鈕。

（5）在【Resources View】標(biāo)簽中，雙擊【String Table】，雙擊表中的空白行，在表中添加三個(gè)String資源，分別是：ITEM、METHOD和HINT，如圖1所示。然后對(duì)ppump.cpp文件的AddMenus（）函數(shù)進(jìn)行編輯，在零件菜單下添加代碼。

圖1 添加“String”資源

（6）在【Resources View】標(biāo)簽中，用右鍵的快捷菜單【Insert Dialog】增加一個(gè)對(duì)話框，用來輸入柱塞體的各項(xiàng)參數(shù)，界面如圖2所示。

圖2 柱塞體參數(shù)化建模對(duì)話框

（7）雙擊對(duì)話框，建立對(duì)話框類PistonParameter，并建立七個(gè)與Edit對(duì)應(yīng)的變量m_SR、m_DR、m_IR、m_OR、m_SL、m_IL、m_SBL，均是雙精度值，初值在“PistonParameter.cpp”中設(shè)定。同時(shí)在ppump.cpp文件中添加包含對(duì)話框頭文件的語句#include “PistonParameter.h”，建立相應(yīng)的響應(yīng)函數(shù)。

（8）在ppump.cpp文件中對(duì)Cppump::CreatePiston函數(shù)進(jìn)行編輯，添加的部分代碼如下：

AFX_MANAGE_STATE(AfxGetStaticModuleState())

HRESULT retval；

//得到當(dāng)前活動(dòng)文檔

CComPtr<IModelDoc2>pModel；

m_iSldWorks->get_IActiveDoc2(&pModel)；//創(chuàng)建ModelDoc2接口指針

retval=pModel->InsertSketch（）；插入一個(gè)草圖

//定義對(duì)話框中涉及的七個(gè)參數(shù)變量

double SphereRadius；//定義球頭半徑

double SphereToBottoLength；//定義球頭中心到柱塞底面的距離

double PistonOutRadius；//定義柱塞體外徑

……

pModel->ICreateCenterLine(-0.01，0，0，-0.08，0，0)；//創(chuàng)建柱塞體中心軸線

pModel->ICreateCenterLine(0，0.012，0，0，-0.012，0)；//創(chuàng)建球頭中心軸線

//定義繪制柱塞草圖的一些關(guān)鍵點(diǎn)

doubleA[3],B[3],C[3],D[3],As[3],Bs[3],Cs[3]；//定義關(guān)鍵點(diǎn)的類型

A[0]=SphereToBottomLength；//給A點(diǎn)賦值

A[1]=PistonInnerRadius；

A[2]=0；

……

//繪制柱塞體的草圖

pModel->ICreateLine2(A[0],A[1],A[2],B[0],B[1],B[2],&pLine1)；//繪制柱塞體底面線

pModel->ICreateLine2(B[0],B[1],B[2],C[0],C[1],C[2],&pLine2)；//繪制柱塞體外徑直體部分線

……

pModel->ICreateArc2(0,0,0,As[0],As[1],As[2],Bs[0],Bs[1],Bs[2],-1,&pCircle)；//繪制球頭圓弧

pSelMgr->put_EnableContourSelection(true)；//選擇草圖輪廓

pModel->ShowNamedView2(L'*上下二等角軸側(cè)', 8)；

pModel->ViewZoomtofit2()；//柱塞草圖在屏幕上以上下二等軸側(cè)顯示

//利用特征函數(shù)，生成旋轉(zhuǎn)實(shí)體

CComPtr<IFeatureManager>pFtManager；

pModel->get_FeatureManager(&pFtManager)；//獲取FeatureManager的接口指針

CComPtr<IFeature>pFeature；

pFtManager->FeatureRevolve(6.28318530718,false,0,swRevolveTypeOneDirection,0,false,false,true,&pFeature)；//調(diào)用旋轉(zhuǎn)特征函數(shù)生成旋轉(zhuǎn)特征，即得到柱塞實(shí)體

最后選擇菜單欄上的【編譯】/【全部重建】，對(duì)所編制的柱塞體參數(shù)化建模程序進(jìn)行編譯。編譯通過后，運(yùn)行SolidWorks2008軟件，在主菜單上將顯示出新加載的插件“PUMP”及子菜單“柱塞體”，如圖3所示。

圖3 加載的插件

單擊“柱塞體”子菜單，會(huì)彈出如圖2所示的“柱塞體參數(shù)化建模對(duì)話框”，在對(duì)話框中輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，就會(huì)在屏幕上自動(dòng)生成一個(gè)柱塞實(shí)體，如圖4所示。改變對(duì)話框中的數(shù)據(jù)大小，就會(huì)得到不同的柱塞實(shí)體，這就是參數(shù)化變量驅(qū)動(dòng)的結(jié)果。

圖4 柱塞體參數(shù)化建模結(jié)果

4.結(jié)論

本文研究了對(duì)三維繪圖軟件SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械零件參數(shù)化建模的過程。設(shè)計(jì)實(shí)例表明，采用Visual C++語言建立的動(dòng)態(tài)鏈接庫文件可以很好地實(shí)現(xiàn)與SolidWorks的無縫集成，能滿足用戶二次開發(fā)CAD系統(tǒng)的需要。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。在實(shí)際應(yīng)用中，通過以上介紹的方法，可以定制用戶經(jīng)常使用的零件模板，極大地改善了結(jié)構(gòu)相似的零部件修改和設(shè)計(jì)的手段，提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率，縮短了新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]陶元芳，安喜平，于萬成，潘鮮.用VC++對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā) [J].太原科技大學(xué)學(xué)報(bào).2006.4

[2]張長勝.采用VisualC++ 對(duì)參數(shù)化造型軟件SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)的方法[J]. 模具技術(shù).2005.No.6

[3]王文波、涂海寧、熊君星.SolidWorks 2008二次開發(fā)基礎(chǔ)與實(shí)例（VC++）[M].清華大學(xué)出版社.2009.8

篇5

Abstract： According to the forecast parameters selection in electronic equipment fault prediction and fuzzy processing， this paper establishes electronic equipment health management system and fault prediction， sets the selection principle of fault prediction parameters， extracts fault prediction parameters of electronic equipment based on fuzzy Petri net model， and uses statistical risk based on degree to select the optimal parameters of fault prediction.

關(guān)鍵詞： 電子裝備故障;預(yù)測(cè)參數(shù);健康管理系統(tǒng);模糊Petri網(wǎng)

Key words： electronic equipment fault;prognostics parameter;health management system;fuzzy Petri net

中圖分類號(hào)：TP206+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2015）04-0234-02

1 概述

進(jìn)入21世紀(jì)以來，在需求牽引和技術(shù)推動(dòng)下，故障預(yù)測(cè)和健康管理在西方等發(fā)達(dá)國家得到了迅速的發(fā)展，在機(jī)械、航空航天、石化等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)視情維修的基礎(chǔ)，在我國航空、航天等領(lǐng)域得到了應(yīng)用，而在陸用等電子裝備的具體應(yīng)用還沒有，基本都處于理論研究的階段。準(zhǔn)確的故障預(yù)測(cè)是預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。目前，針對(duì)電子產(chǎn)品與裝備的故障預(yù)測(cè)方法分三種：

①基于故障預(yù)測(cè)參數(shù)監(jiān)測(cè);

②基于故障物理模型（Physics of Failure，POF）;

③基于內(nèi)建“損傷標(biāo)尺”[1-3]。

本文主要解決健康管理系統(tǒng)中參數(shù)模糊度確定的問題。建立電子裝備健康管理系統(tǒng)并進(jìn)行故障預(yù)測(cè)，設(shè)置故障預(yù)測(cè)參數(shù)選取原則，基于模糊Petri網(wǎng)模型提取反映電子裝備故障狀態(tài)的預(yù)測(cè)參數(shù)，并采用基于相關(guān)危險(xiǎn)度的統(tǒng)計(jì)選取出最優(yōu)故障預(yù)測(cè)參數(shù)。

2 電子裝備故障預(yù)測(cè)信息系統(tǒng)

定義一個(gè)六元組是復(fù)雜電子裝備故障監(jiān)控測(cè)量信息系統(tǒng)。其中：

P={p1，p2，…，pm}為Place集，復(fù)雜電子裝備組件集的工作狀態(tài)，每個(gè)元素pi（1≤i≤n）為復(fù)雜電子裝備的一個(gè)可更換單元或部件;

T={t1，t2，…，tm}為Transition集，復(fù)雜電子裝備Transition規(guī)則集合，每個(gè)元素tj（1≤j≤m）為一監(jiān)控測(cè)量參數(shù);

I：TP的映射Transition到其所有輸入Place的輸入，即復(fù)雜電子裝備中的元器件模塊中的輸入信號(hào);

O：TP的映射Transition到其所有輸出Place的輸出，即復(fù)雜電子裝備元件集中的輸出信號(hào);

F：T[0，1]的映射Transition的確信因子，即確信度;

W：P[0，1]的映射Place到其令牌所指的Transition方程。

3 電子裝備故障預(yù)測(cè)參數(shù)選取原則

本文綜合考慮各方面因素，由此，在選取電離層探測(cè)儀故障特征參量時(shí)應(yīng)該遵循以下的原則：

①高度的敏感性[4]：當(dāng)電離層探測(cè)儀的狀態(tài)發(fā)生微弱變化時(shí)，相應(yīng)的故障特征應(yīng)該有較大的變化;

②高度的可靠性[5]：電離層探測(cè)儀故障診斷的參量應(yīng)該依賴于系統(tǒng)狀態(tài)的變化而變化。如故障診斷參量和系統(tǒng)狀態(tài)應(yīng)該是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系;

③實(shí)用性[6]：作為探測(cè)儀故障的診斷參量應(yīng)該是能夠便于檢測(cè)比較容易獲得;

④監(jiān)控信號(hào)的參數(shù)能反映電離層探測(cè)儀中較多模塊的運(yùn)行或故障狀態(tài);

⑤監(jiān)控信號(hào)的參數(shù)能對(duì)電離層探測(cè)儀可更換單元模塊進(jìn)行故障鑒別;

⑥監(jiān)控信號(hào)的參數(shù)與對(duì)應(yīng)的故障模式具有較高的相關(guān)性;

⑦監(jiān)控信號(hào)的參數(shù)具有可測(cè)性。

4 電子裝備故障預(yù)測(cè)參數(shù)選取方法

4.1 基于多信號(hào)流圖的故障預(yù)測(cè)參數(shù)提取

電離層探測(cè)儀故障診斷采集的診斷信息存在一定程度的重疊，對(duì)其進(jìn)行參數(shù)提取，用較少的原始參數(shù)來充分準(zhǔn)確描述電離層探測(cè)儀的運(yùn)行狀態(tài)，可極大地降低故障診斷的復(fù)雜程度。

在電離層探測(cè)儀系統(tǒng)中，通過多信號(hào)流圖建立電子裝備可更換單元與故障參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。電離層探測(cè)儀由天線（m1）、發(fā)射機(jī)（m2）、接收機(jī)（m3）、DSP&FPGA模塊（m4）單元組成，假設(shè)下面14個(gè)參數(shù)s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8、s9、s10、s11、s12、s13、s14參數(shù)能反映電離層探測(cè)儀性能和故障狀態(tài)，需要引出六個(gè)測(cè)試接口TP1、TP2、TP3、TP4、TP5、TP6。根據(jù)電離層探測(cè)儀的工作原理，按照多信號(hào)流圖模型的建模步驟，建立電離層探測(cè)儀器的多信號(hào)流圖相關(guān)模型如圖1所示。根據(jù)多信號(hào)流圖模型，可得電離層探測(cè)儀的故障檢測(cè)相關(guān)矩陣如表1所示。

經(jīng)決推理根據(jù)故障參數(shù)選擇原則，選擇發(fā)射機(jī)選擇X1激勵(lì)脈沖信號(hào)（s1）、X2功放輸出RF信號(hào)（s2）、24V（s3）電壓為監(jiān)控參數(shù);接收機(jī)選擇時(shí)鐘控制信號(hào)（s4）、第一中頻放大輸出（s5）、第二中頻放大輸出（s6）、回波信號(hào)RFin（s7）為監(jiān)控參數(shù);DSP&FPGA模塊選擇+5V電壓（s8）、發(fā)射通道射頻控制信號(hào)（s9）、接收通道射頻控制信號(hào)（s10）為監(jiān)控參數(shù)。在電離層探測(cè)儀故障診斷模塊中把上述s1至s10十個(gè)信號(hào)參數(shù)實(shí)時(shí)采集送至存儲(chǔ)模塊，然后正常信號(hào)參數(shù)比較從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)診斷的目標(biāo)。并且在實(shí)際運(yùn)行情況也可以對(duì)電離層探測(cè)儀使用情況進(jìn)行記錄，當(dāng)無法自動(dòng)診斷故障時(shí)，也可以把以往正常運(yùn)行中的信號(hào)參數(shù)調(diào)出，以備電離層探測(cè)儀維修專家手動(dòng)排除故障。

4.2 故障預(yù)測(cè)參數(shù)模糊化處理

以選出最優(yōu)的故障診斷參數(shù)集其模糊如表3所示，而且可以以最少的診斷參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障狀態(tài)的識(shí)別，從而降低監(jiān)控成本和故障診斷的復(fù)雜度。

電壓模糊化電離層探測(cè)儀正常工作需要電源提供各種交流和直流電壓。如220V交流電壓，+5V、+12V電壓等。在工作過程中可能有欠壓、正常、過壓三種狀態(tài)。

5 結(jié)束語

針對(duì)目前復(fù)雜電子裝備健康管理系統(tǒng)中參數(shù)選取困難的問題，本文通過提出故障預(yù)測(cè)參數(shù)選取原則，系統(tǒng)論述故障預(yù)測(cè)參數(shù)模糊化處理的方法和步驟。實(shí)例證明，利用模糊Petri網(wǎng)對(duì)參數(shù)進(jìn)行處理，可以避免故障模式、故障狀態(tài)和故障判據(jù)主觀因素的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]Lin，J.. Feature extraetion of maehine sound using wavelet and its applieation infault diagnosis[J]. Ndt&E International，2001，34（1）：25-30.

[2]王榮杰，胡清.基于知識(shí)的故障診斷方法的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].微計(jì)算機(jī)，2006，22（3）：220-223.

[3].測(cè)量雷達(dá)智能診斷技術(shù)研究[D].沈陽：東北大學(xué)，2009.

[4]David K. Barton. 南京電子研究所譯. 雷達(dá)系統(tǒng)分析與建模[M].電子工業(yè)出版社，2007.

[5]高原.基于Petri網(wǎng)的間歇過程智能監(jiān)控技術(shù)研究[D].北京：北京化工大學(xué)，2009.

[6]席素梅.基于Petri網(wǎng)的知識(shí)表示方法研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2009.

篇6

關(guān)鍵詞：參數(shù)化設(shè)計(jì) 復(fù)雜結(jié)構(gòu)件 CATIA

中圖分類號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）03（b）-0003-02

飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的三維設(shè)計(jì)建模過程一般比較復(fù)雜，在進(jìn)行設(shè)計(jì)更改時(shí)復(fù)雜的建模過程以及建模過程中產(chǎn)生的大量內(nèi)部特征交聯(lián)關(guān)系給模型更改帶來了很大困難。復(fù)雜的建模過程使得模型建模過程的可讀性差，大量內(nèi)部特征交聯(lián)關(guān)系在模型更改時(shí)出現(xiàn)交聯(lián)錯(cuò)誤報(bào)告的概率大大提升，這些都使得飛機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件在設(shè)計(jì)過程中模型更改及設(shè)計(jì)迭效率低下。

CATIA是世界上一種主流的CAD/CAE/CAM一體化軟件，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、造船和電子設(shè)備等行業(yè)。CATIA V5三維設(shè)計(jì)軟件提供了強(qiáng)大的參數(shù)化設(shè)計(jì)功能，參數(shù)化設(shè)計(jì)可以很好的提高飛機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件模型更改的效率，增強(qiáng)復(fù)雜構(gòu)件模型的可讀性。該文基于CATIA V5三維設(shè)計(jì)軟件，針對(duì)飛機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)建模分析，介紹參數(shù)化建模思想及方法。

1 參數(shù)化設(shè)計(jì)建模分析

參數(shù)化設(shè)計(jì)建模是將模型主要幾何特征與參數(shù)關(guān)聯(lián)，使零件特征“參數(shù)化”。“參數(shù)化”的零件更改不再基于特征命令工具來完成，只要對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行更改即可。參數(shù)化設(shè)計(jì)建模將特征參數(shù)的變化準(zhǔn)確、嚴(yán)格地映射到幾何模型，然后通過控制特征參數(shù)來實(shí)現(xiàn)模型幾何特征的自動(dòng)更改，提高復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型的可讀性及建模效率。該文作者通過對(duì)參數(shù)化設(shè)計(jì)的原理分析，再結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出要進(jìn)行飛機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的參數(shù)化設(shè)計(jì)前必須進(jìn)行以下工作。

（1）分析明確需要參數(shù)化控制的幾何特征。

（2）根據(jù)幾何特征確定所需對(duì)應(yīng)的特征參數(shù)。

（3）分析明確特征參數(shù)和幾何特征之間嚴(yán)格的映射關(guān)系。

因此，飛機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件參數(shù)化設(shè)計(jì)建模流程應(yīng)采用以下邏輯順序。

（1）零件幾何特征要素分析。

（2）建立特征參數(shù)。

（3）零件幾何體建模。

（4）特征參數(shù)與幾何特征關(guān)聯(lián)。

下面舉例說明參數(shù)化設(shè)計(jì)建模方法及過程。

2 某飛機(jī)框類零件參數(shù)化建模過程

2.1 零件特征要素分析

在零件建模前應(yīng)分析零件的各特征要素，以及預(yù)期可能的更改，分析哪些幾何特征需要設(shè)立參數(shù)。以圖1零件為例，該零件是典型的飛機(jī)框類零件，該零件的主要特征有：緣條、腹板、筋條。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)存在的設(shè)計(jì)不確定性主要在于幾何厚度尺寸、筋條分布范圍和數(shù)量、腹板高度等方面，計(jì)劃設(shè)置參數(shù)有：外緣條厚度、上半框內(nèi)緣條厚度、上半框筋條厚度、上半框腹板厚度、上半框腹板高度、上半框筋條對(duì)稱分布角度、上半框筋條數(shù)量、下半框內(nèi)緣條厚度、下半框筋條厚度、下半框腹板厚度、下半框筋條數(shù)量。

2.2 建立特征參數(shù)

在經(jīng)過零件特征要素分析確定參數(shù)設(shè)置后，根據(jù)對(duì)應(yīng)特征選擇適當(dāng)類型的參數(shù)，并在CATIA軟件中建立相應(yīng)的參數(shù)。使用“知識(shí)工程”工具欄中的“公式”創(chuàng)建特征參數(shù)并給相關(guān)參數(shù)賦值，如圖2。

2.3 零件幾何體建模

利用CATIA軟件完成模型幾何體建立。

幾何體建模是參數(shù)化設(shè)計(jì)過程中的重要一環(huán)，它不僅是參數(shù)化設(shè)計(jì)的載體和對(duì)象，而且?guī)缀误w模型的造型方法對(duì)參數(shù)化設(shè)計(jì)有著顯著影響，甚至有可能決定著某一幾何特征能否按原計(jì)劃實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模?；贑ATIA的幾何特征建模可以通過多種方式方法完成創(chuàng)建，但是建模過程必須考慮參數(shù)化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，盡量采用便于參數(shù)使用，邏輯思路簡潔清晰的方法，采用最便利的功能模塊進(jìn)行。對(duì)機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件建模更是如此，涉及的幾何特征越多，造型越復(fù)雜，設(shè)立的特征參數(shù)越多，幾何體建模的思路、方式方法就顯得越關(guān)鍵。

2.4 參數(shù)與模型特征關(guān)聯(lián)

CATIA軟件允許參數(shù)之間通過函數(shù)關(guān)系進(jìn)行關(guān)系互聯(lián)，對(duì)于有量綱量、無量綱量，甚至是點(diǎn)、線等都可以通過參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系參與飛機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件參數(shù)化建模過程，為飛機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件建模提供了極大的空間和便利性，有力的支持復(fù)雜幾何特征的參數(shù)化過程。

使用“知識(shí)工程”工具欄中的“公式編輯器”創(chuàng)建特征參數(shù)與對(duì)應(yīng)的模型幾何特征的關(guān)聯(lián)關(guān)系。通過“知識(shí)工程”工具欄為模型幾何特征創(chuàng)建以參數(shù)為自變量的函數(shù)，關(guān)聯(lián)后特征參數(shù)與對(duì)應(yīng)的模型幾何特征建立了函數(shù)映射關(guān)系，特征參數(shù)為自變量，模型幾何特征為因變量。函數(shù)關(guān)系創(chuàng)建過程如圖3。

2.5 參數(shù)化設(shè)計(jì)結(jié)果

參數(shù)與模型特征關(guān)聯(lián)后，特征參數(shù)的更改會(huì)引起模型幾何特征的相應(yīng)更改，更改過程簡潔、有效。通過參數(shù)進(jìn)行模型幾何特征更改效果見圖4。

3 結(jié)語

飛機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件采用參數(shù)化設(shè)計(jì)方法可以提高設(shè)計(jì)更改效率，提高零件模型的可讀性，縮短設(shè)計(jì)建模周期，減輕設(shè)計(jì)人員建模負(fù)擔(dān)。參數(shù)化設(shè)計(jì)方法對(duì)機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的三維設(shè)計(jì)建模具有很好的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 武文軒.基于CATIA Automation實(shí)現(xiàn)的螺母參數(shù)化建模[J].精密制造與自動(dòng)化，2014（4）：12-14.

[2] 劉萬春，袁偉，張琦.面向制造的CATIA結(jié)構(gòu)建模方法研究[J].航空制造技術(shù)，2014（5）：40-42.

篇7

關(guān)鍵詞 橋梁設(shè)計(jì) 三維建模 橋梁建模

中圖分類號(hào)：TB21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

近些年來，隨著社會(huì)生產(chǎn)的不斷進(jìn)步，橋梁結(jié)構(gòu)也日漸復(fù)雜，在橋梁設(shè)計(jì)中涉及到的知識(shí)也日漸廣泛。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法指導(dǎo)下，橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不能完全直觀展現(xiàn)，而且在設(shè)計(jì)質(zhì)量方面也無法獲得有效保障。當(dāng)前，越來越多的橋梁設(shè)計(jì)單位開發(fā)了關(guān)于橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)，將計(jì)算機(jī)三維技術(shù)與橋梁建模技術(shù)進(jìn)行有效的結(jié)合，提高了橋梁設(shè)計(jì)的有效性。三維橋梁建模技術(shù)是橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的一種技術(shù)，本文就從截面設(shè)計(jì)、截面參數(shù)化和截面容錯(cuò)、三維建?；痉椒?、與AUTOCAD的交互操作等幾個(gè)方面對(duì)三維橋梁建模關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。

1截面設(shè)計(jì)

橋梁構(gòu)件的形式大多為拉伸形態(tài)，所以在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)構(gòu)件的截面參數(shù)表達(dá)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，一方面能夠?qū)孛孢M(jìn)行統(tǒng)一的容錯(cuò)設(shè)計(jì)，另一方面可以促進(jìn)三維圖形的精準(zhǔn)性。在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一般截面的設(shè)計(jì)方法有兩種，一種是參數(shù)化設(shè)置，另一種是導(dǎo)入DXF文件。在進(jìn)行三維建模時(shí)，通?？梢栽O(shè)計(jì)一個(gè)專門的截面類，用來對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)和三維坐標(biāo)進(jìn)行映射，對(duì)橋梁設(shè)計(jì)中常用的截面類型進(jìn)行分析和分別定位，便可以實(shí)現(xiàn)有效的應(yīng)用。對(duì)于實(shí)心截面的設(shè)計(jì)，一般可以直接對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，通過二維布爾運(yùn)算的方式來實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)交叉運(yùn)算，哪夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)其中任何一個(gè)截面的定義。

2截面參數(shù)化和截面容錯(cuò)

在設(shè)計(jì)軟件中反映出來的截面結(jié)構(gòu)，通常是以截面的空間坐標(biāo)點(diǎn)形式存在的，通過截面的計(jì)算，能夠在三維空間內(nèi)形成多個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的互相映射，進(jìn)而通過參數(shù)化的形式表現(xiàn)出來，用戶便可以根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)際需要，輸入相應(yīng)的參數(shù)，以此實(shí)現(xiàn)截面的設(shè)計(jì)過程。用戶在進(jìn)行截面尺寸參數(shù)的輸入時(shí)可能會(huì)由于參數(shù)錯(cuò)誤而對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響，因此需要對(duì)參數(shù)的判斷給予相應(yīng)的提示。常見的截面參數(shù)錯(cuò)誤類型，主要有：①截面上的每條邊應(yīng)當(dāng)與截面前后接壤的邊相交，如果與截面的其他邊相交則視為錯(cuò)誤；②如果在截面上存有孔洞，則孔不能與截面的外邊緣相交，相交則視為錯(cuò)誤；③如果截面上的孔以多層嵌套的形式存在，則視為錯(cuò)誤；④孔的面積大于截面面積，則視為錯(cuò)誤。

3三維建?；痉椒?/p>

在三維建模操作中，一般有移動(dòng)、復(fù)制、拉伸和漸變幾種基本的操作方式，拉伸是其相對(duì)較為復(fù)雜的一個(gè)過程，其主要是針對(duì)已經(jīng)定義好的二維圖形進(jìn)行連接操作。具體的三維建模方法主要有：

（1）直線型拉伸。在三維建模過程中，拉伸是應(yīng)用相對(duì)較多的一種操作方法，其主要是針對(duì)直線型實(shí)體，因此一般構(gòu)件的頂部和底部是相同的。這種直線型的拉伸方式操作起來較為簡單，只需要在定義好的對(duì)象中輸入相應(yīng)的拉伸系數(shù)，便可以實(shí)現(xiàn)建模。

（2） 曲線形拉伸。在橋梁設(shè)計(jì)中需要用到曲線形構(gòu)建，如彎橋的橋面構(gòu)件、曲線橋拱等，因此在三維建模時(shí)就需要通過曲線形拉伸來實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的設(shè)計(jì)。對(duì)于曲線形構(gòu)建的參數(shù)設(shè)定，要根據(jù)曲線方程進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算，在此基礎(chǔ)上根據(jù)指定的截面沿著曲線的方向進(jìn)行拉伸，以此實(shí)現(xiàn)曲線形建模。曲線形建模在一定意義上可以理解為多個(gè)直線型拉伸的結(jié)合，但是與單面拉伸不同的是，曲線形拉伸在輸入?yún)?shù)時(shí)需要將兩個(gè)相似的截面作為頂部和底部，實(shí)現(xiàn)連接拉伸。曲線形拉伸的效果，與曲線結(jié)構(gòu)的直線劃分?jǐn)?shù)量有著密切的關(guān)系。

（3）漸變處理。在建模時(shí)，根據(jù)不用截面的受力需求，在不同的構(gòu)件結(jié)構(gòu)的截面也往往有著不同的拉伸需求，所以對(duì)于直線型構(gòu)件和曲線形構(gòu)建，都需要對(duì)其截面進(jìn)行必要的漸變處理，才能保證建模的科學(xué)性。

4與AUTOCAD的交互操作

AUTOCAD技術(shù)是當(dāng)前土木工程領(lǐng)域中一種常用的制圖工具，在三維橋梁建模的過程中引用AUTOCAD技術(shù)，形成與AUTOCAD的交叉口接口，能夠?qū)崿F(xiàn)DXF文件的建立和讀取。DXF接口主要是用來對(duì)橋梁構(gòu)建的截面進(jìn)行繪制，對(duì)于一些特殊的結(jié)構(gòu)和內(nèi)置截面則可以通過AUTOCAD來實(shí)現(xiàn)，通過AUTOCAD將截面用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出來，然后通過該接口導(dǎo)入到三維建模體系中，需要注意的是，從DXF導(dǎo)入的圖形屬性大多為線形對(duì)象，因此需要對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理之后，才能在三維建模系統(tǒng)中順利使用。

5結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，三維橋梁建模技術(shù)也將不斷的進(jìn)步，其在橋梁工程中的廣泛應(yīng)用，能夠促進(jìn)橋梁設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升，進(jìn)而促進(jìn)我國橋梁工程的持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳學(xué)毅，劉軍收.基于參數(shù)化設(shè)計(jì)的三維橋梁模型構(gòu)建[J].圖學(xué)學(xué)報(bào)，2013（02）.

篇8

關(guān)鍵詞：CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)） 機(jī)械設(shè)計(jì) 應(yīng)用0. 前言

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，CAD已經(jīng)獲得了普遍了應(yīng)用，其中CAD建模技術(shù)便是具體表現(xiàn)之一。所謂的機(jī)械設(shè)計(jì)CAD建模，主要是指利用計(jì)算機(jī)以及CAD軟件實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的可視化設(shè)計(jì)，并且能夠通過進(jìn)一步的分析功能和修改功能來獲得模擬加工的實(shí)體模型。從設(shè)計(jì)角度來看，不管是何種類型的機(jī)械產(chǎn)品，它們均是各種各樣的3D幾何形狀（三維幾何形狀）構(gòu)成的幾何體。正是基于此種認(rèn)識(shí)，CAD設(shè)計(jì)主要是利用“Geometric Mode（即幾何模型）”來對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的切片、結(jié)構(gòu)、位置、尺寸、形狀等幾何信息以及紋理、顏色等機(jī)械產(chǎn)品的屬性信息進(jìn)行描述，進(jìn)而能夠獲得可視化的、富有真實(shí)感的3D圖形。

1. 基于CAD的機(jī)械設(shè)計(jì)建模方法

1.1 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的特征建模方法

特征建模方法強(qiáng)調(diào)依靠CAD/CAE的集成化處理，在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全部生命周期的每一個(gè)階段分別依照需求的不同來描述產(chǎn)品特征，確保機(jī)械產(chǎn)品信息描述的全面性、系統(tǒng)性以及完整性，使得此零件模型能夠?yàn)椴煌膽?yīng)用軟件提供所需的各種類型的信息。特征建模方法對(duì)特征事例以及特征事例之間關(guān)系的描述與表達(dá)主要是依據(jù)邏輯上的相互影響、相互關(guān)聯(lián)的語義網(wǎng)絡(luò)?；贑AD的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的特征建模方法所表達(dá)的實(shí)體是具有功能意義的高層次實(shí)體，因此，該建模方法的操作對(duì)象重點(diǎn)是機(jī)械產(chǎn)品的功能要素、管理信息以及技術(shù)信息，而非最為基本的幾何元素。

從本質(zhì)意義上來講，特征建模方法著重體現(xiàn)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)方案中的設(shè)計(jì)意圖，重點(diǎn)關(guān)注可以將形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品模型分解成為多少個(gè)“特征”元素，而實(shí)際的具體實(shí)體模型的獲得則需要通過特征之間的運(yùn)算來逐步獲得?？偠灾?，對(duì)于特征建模方法而言，零件特征是其關(guān)照的最為基本的對(duì)象；對(duì)它而言，機(jī)械產(chǎn)品便是由功能屬性特征、工程含義特征等因素描述而成的信息集成。

1.2 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的參數(shù)化建模方法

所謂的參數(shù)化建模方法，其主旨就是應(yīng)用工程關(guān)系、幾何約束等信息來描述機(jī)械產(chǎn)品模型的一種建模方法。其具體的設(shè)計(jì)流程是，①第一，構(gòu)建機(jī)械產(chǎn)品圖形和尺寸參數(shù)之間的約束關(guān)系，利用一個(gè)被賦予默認(rèn)值的待標(biāo)變量來表示不同的可變尺寸參數(shù)。②第二，在實(shí)際繪圖操作的過程中，想要規(guī)格不同的圖樣時(shí)，直接對(duì)尺寸參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)地修改即可。

對(duì)于參數(shù)化建模方法而言，機(jī)械產(chǎn)品的幾何建模的定義與調(diào)整均需要通過約束來實(shí)現(xiàn)，約束的主要內(nèi)容是進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮的因素，包括工程約束、拓?fù)浼s束以及尺寸約束等三種形式。并且，參數(shù)化建模方法當(dāng)中的約束和參數(shù)之間存在特定的關(guān)系，參數(shù)的變化可以構(gòu)建新的約束關(guān)系，進(jìn)而獲得新的幾何建模。所以，幾何建模的改變和修改僅僅通過參數(shù)的修改便可以實(shí)現(xiàn)，如此一來，設(shè)計(jì)人員便可以對(duì)新型的機(jī)械產(chǎn)品實(shí)施富有創(chuàng)造性的、動(dòng)態(tài)性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

參數(shù)化建模方法主要分為變量設(shè)計(jì)和尺寸驅(qū)動(dòng)兩種模式。變量設(shè)計(jì)則涵蓋了幾何建模的全部約束條件，包括了工程應(yīng)用和圖形變動(dòng)的約束條件，所以使其具備了更加廣泛的設(shè)計(jì)適用領(lǐng)域。尺寸驅(qū)動(dòng)則僅僅考慮包括拓?fù)浼s束和尺寸約束在內(nèi)的幾何約束，則工程約束則不在它的關(guān)照范圍內(nèi)；在尺寸驅(qū)動(dòng)模式下，不同的設(shè)計(jì)參數(shù)分別對(duì)應(yīng)著不同的約束，所以僅僅通過改變參數(shù)的方式便可以實(shí)現(xiàn)幾何圖形的變化。變量設(shè)計(jì)和尺寸驅(qū)動(dòng)有著不同的側(cè)重點(diǎn)，變量設(shè)計(jì)更加傾向于更高一級(jí)的設(shè)計(jì)特征，而尺寸驅(qū)動(dòng)則更加關(guān)注基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)特征。

2. CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 零件與裝配圖的實(shí)體生成。

CAD的三維建模方法有三種，即線框模型、表面模型和實(shí)體模型。在許多具有實(shí)體建犢功能的CAD軟件中，都有—些摹本體系。如在CAD的三維實(shí)體造型模塊中，系統(tǒng)提供了六種基本體系，即立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環(huán)狀體和楔形體。對(duì)簡單的零件，可通過對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，將其分解成若干基本體，對(duì)基本體進(jìn)行三維實(shí)體造型，之后再對(duì)其進(jìn)行交、并、差等布爾運(yùn)算，便可得出零件的三維實(shí)體模型。對(duì)于有些復(fù)雜的零件，往往難以分解成若干個(gè)基本體，使組合或分解后產(chǎn)生的基本體過多，導(dǎo)致成型困難。所以，僅有基本體系還不能完全滿足機(jī)器零件三維實(shí)體造型的要求。為此，可在二維幾何元素構(gòu)造中先定義零件的截面輪廓，然后在三維實(shí)體造犁中通過拉伸或旋轉(zhuǎn)得到新的“基本體”，進(jìn)而通過交、并、差等得到所需要零件的三維實(shí)體造型。

2.2 機(jī)械CAE軟件的應(yīng)用

機(jī)械CAE系統(tǒng)的主要功能是：工程數(shù)值分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)與壽命預(yù)估、動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真等。CAD技術(shù)在解決造型問題后，才能由CAE解決設(shè)計(jì)的合理性、強(qiáng)度、壽命、剛度、材料、結(jié)構(gòu)合理性、運(yùn)動(dòng)特性、干涉、碰撞問題和動(dòng)態(tài)特性等。

3. 結(jié)束語

總體而言，CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)快速化的目標(biāo)，更加為后續(xù)的機(jī)械產(chǎn)品的分析、檢驗(yàn)、快速原型制造提供了信息支持。三維特征建模拓展了設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性，比傳統(tǒng)的實(shí)體建模有更好的設(shè)計(jì)效果，最重要的是真正符合數(shù)據(jù)交換規(guī)范的產(chǎn)品建模。

參考文獻(xiàn)：

[1]王麗敏，計(jì)小輩. 模具設(shè)計(jì)制造中CAD/CAE/CAM技術(shù)的應(yīng)用研究[J]. 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2008，（04）：122-124.

[2]陳建勇. 模具CAD/CAM軟件的應(yīng)用與開發(fā)現(xiàn)狀[J]. 中國高新技術(shù)企業(yè)，2007，（03）：69-71.

篇9

在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，物體的造型一般分為傳統(tǒng)幾何建模和物理建模兩大類。傳統(tǒng)幾何建模采用線框、表面和實(shí)體等造型技術(shù)，只描述物體的外部幾何特征，適合靜止剛體的造型。物理建模則是將物體的物理特征和行為特征融進(jìn)傳統(tǒng)的幾何模型中，既包含了表達(dá)物體所需要的幾何信息，又包含了物體材料的物理性能參數(shù)。

在現(xiàn)實(shí)世界中，服裝的運(yùn)動(dòng)受織物材料特性和人體運(yùn)動(dòng)的共同影響。人體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的肢移造成人體皮膚表面和服裝布料之間的碰撞，力的相互作用驅(qū)動(dòng)服裝跟隨人體運(yùn)動(dòng)。由于用計(jì)算機(jī)模擬人體與服裝真實(shí)效果的復(fù)雜性，在三維人體與服裝的造型中出現(xiàn)了幾何建模技術(shù)、物理建模技術(shù)、結(jié)合幾何與物理的混合建模技術(shù)。

1　三維人體與服裝的幾何建凄摻術(shù)

1．1人體

三維虛擬人體的幾何建模技術(shù)主要是曲面建模，又稱表面建模，這種建模方法的重點(diǎn)是由給出的離散數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成光滑過渡的曲面，使這些曲面通過或逼近這些離散點(diǎn)。在人體曲面建模時(shí)，主要采用基于特征的和參數(shù)化的人體曲面建模兩種具體建模方法。

1．1．1基于特征的人體曲面建模

基于特征的人體曲面建模根據(jù)人體的整體結(jié)構(gòu)，將人體模型劃分為若干個(gè)基本的結(jié)構(gòu)特征。為進(jìn)行曲面造型，針對(duì)每個(gè)結(jié)構(gòu)特征可定義相應(yīng)的造型特征。造型特征分為主要造型特征(即人體模型中指定的特征)和輔助造型特征(即為了精確表達(dá)人體模型的較細(xì)節(jié)幾何特點(diǎn)所定義的造型特征)。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于．它使得人體模型的曲面建模更加靈活，可以針對(duì)人體模型不同部位的幾何特征，選擇最適合的曲面建模方法，而不必拘泥于某一種曲面表達(dá)方式。此外，還可較方便地改進(jìn)人體模型建模方法。根據(jù)人體模型尺寸表，可定義一系列的特征曲線，曲線的生成通過相關(guān)特征點(diǎn)(根據(jù)人體物理特性定義的點(diǎn))和模型樣本點(diǎn)(根據(jù)人體模型曲面造型需要定義的點(diǎn))來得到。僅靠特征曲線還不足以表達(dá)人體模型的所有幾何形狀，需補(bǔ)充定義幾何造型曲線，與特征曲線共同構(gòu)造出曲線網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)曲線多采用3次b樣條曲線表達(dá)，人體曲面模型的構(gòu)建則采用b樣條曲面。

1．1．2參數(shù)化的人體曲面建模

參數(shù)化的人體曲面建模采用幾何約束來表達(dá)人體模型的形狀特征，從而獲得一簇在形狀上或功能上相似的設(shè)計(jì)方案。即在建模過程中應(yīng)結(jié)合人機(jī)工程學(xué)原理，利用人體各部分固有的比例關(guān)系，從人體模型的眾多特殊尺寸中提取出起決定性作用的參數(shù)。一旦幾何特征參數(shù)確定下來，系統(tǒng)將根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，修改相應(yīng)的主要造型特征，使其滿足新的尺寸要求。同時(shí)，利用人體模型主、輔造型特征問的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，修改相關(guān)的輔助造型特征，獲得新的人體模型造型特征，對(duì)新的人體模型造型特征進(jìn)行曲面造型，最終得到用戶所需的人體模型。參數(shù)化建模是一種更為抽象化的建模方法，它以抽象的特征參數(shù)表達(dá)復(fù)雜人體的外部幾何特征，依托于常規(guī)的幾何建模方法，使設(shè)計(jì)人員能夠在更高、更抽象的層面上進(jìn)行人體設(shè)計(jì)。

nm thalmann和dthalmann最早使用多邊形表面生成虛擬人marilynmonroe，之后又提出jld算符用于對(duì)人體表面的變形。forsey將分層b樣條技術(shù)用于三維人體建模。douros等使用b樣條曲面重構(gòu)三維掃描人體模型。曲面模型的優(yōu)點(diǎn)是速度較快，缺點(diǎn)是不考慮人體解剖結(jié)構(gòu)，取得非常逼真的模擬效果比較困難。提高表面模型的逼真性是目前的研究熱點(diǎn)之一。

盡管曲面建模技術(shù)已經(jīng)能夠完整地描述人體的幾何信息和拓?fù)潢P(guān)系，但所描述的主要是人體的外部幾何特征，對(duì)人體本身所具有的物理特征和人體所處的外部環(huán)境因素缺乏描述，對(duì)于人體動(dòng)態(tài)建模仍有一定的局限性。

除曲面建模方法外，還有棒狀體建模和實(shí)體建模方法。棒狀體建模是最早出現(xiàn)的虛擬人體幾何建模方法，人體表示為分段和關(guān)節(jié)組成的簡單連接體，使用運(yùn)動(dòng)學(xué)模型來實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫模擬，實(shí)現(xiàn)人體的大致動(dòng)作。實(shí)體模型使用簡單的實(shí)體集合模擬身體的結(jié)構(gòu)與形狀，例如圓柱體、橢球體、球體等，然后采用隱表面的顯示方法，其計(jì)算量大，且建模過程非常復(fù)雜。在三維人體模型結(jié)構(gòu)中，實(shí)體模型和棍棒體模型基本上已較少使用。

1．2服裝

服裝的幾何建模方法著重模擬布料的幾何表象，尤其是波紋、褶皺等，不考慮服裝面料的物理特性，將織物視為可變形對(duì)象，用幾何方程表達(dá)并模擬虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的織物動(dòng)畫效果。目前常用b樣條曲面、bezier曲面：inurbs曲面來進(jìn)行服裝曲面造型。

lalfeur等開始用簡單的圓錐曲面代表一條裙子，并穿著在一個(gè)虛擬模特上，以人體周圍生成的排斥力場(chǎng)來模擬碰撞檢測(cè)。hinds等將人體模型的上半軀干進(jìn)行數(shù)字化圖像處理以獲得基礎(chǔ)人形，提出了在人體模型上定義一系列位移曲面片的、典型的幾何三維服裝建模方法，用三維數(shù)字化儀取得人體模型上的三維空間點(diǎn)，然后用雙3次b樣條曲面擬合得到數(shù)字化的人體模型，服裝衣片被設(shè)計(jì)成圍繞人體模型的曲面，然后將之展開到二維，這些服裝衣片是通過幾何建模得到的。

此方法計(jì)算速度較快，模擬出的服裝具有其形態(tài)特點(diǎn)，生成的圖形具有一定的織物視覺效果，但不能代表特定的服裝織物，仿真效果較差。

2三維人體與腑裝的物建模技術(shù)

2.1人體

為使三維人體動(dòng)畫仿真效果更佳，ahbarr提出了物理建模思想，將人體的物理特性加入到其幾何模型中，通過數(shù)值計(jì)算對(duì)其進(jìn)行仿真，人體的行為則在仿真過程中自動(dòng)確定。

物理建模方法具有更加真實(shí)的建模效果，能有效地描述人體的動(dòng)態(tài)過程，采用微分方程組的數(shù)值求解方法來進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算，計(jì)算更為復(fù)雜。

2．2織物和服裝

服裝的物理建模對(duì)服裝進(jìn)行三角、網(wǎng)格或粒子劃分，通過構(gòu)造織物對(duì)象的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，進(jìn)行能量、受力分析，用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)可視化地模擬三維形態(tài)，能較真實(shí)地模擬柔性物體的特性。物理建模與織物的微細(xì)結(jié)構(gòu)有關(guān)，需要確定織物物理力學(xué)參數(shù)。模擬結(jié)果與真實(shí)織物的接近程度取決于所用的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法。

由于織物微結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型各不相同，物理模型可分為連續(xù)模型和離散模型兩類。計(jì)算方法可分為力法和能量法。力法用微分方程表達(dá)織物內(nèi)部微元之間的力，進(jìn)行數(shù)值積分以獲取每一時(shí)間步長下微元的空間位置，從而得到整個(gè)織物在該時(shí)間步長下的變形形態(tài)。能量法通過方程組計(jì)算整片織物的能量，然后移動(dòng)織物結(jié)構(gòu)內(nèi)的微元使之達(dá)到最量狀態(tài)，從而確定織物的最終變形形態(tài)。通常，能量法多用于織物靜態(tài)懸垂的模擬，而力法用于動(dòng)態(tài)懸垂的模擬。

2．2．1連續(xù)模型

連續(xù)模型將織物看作是由大量微元素相集合的連續(xù)體，運(yùn)用研究連續(xù)體的力學(xué)方法對(duì)織物進(jìn)行力學(xué)分析和研究。通常用變形殼體、彎板、薄片、薄膜單元或變形粱單元代表織物的微元。在連續(xù)模型中使用有限元方法是目前發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。

最早shanahan等以材料片／板理論對(duì)織物建模。在19世紀(jì)80年代，lloyd采用基于膜元素的有限元模型，feynman使用彈性片理論，terzopoulos等基于彈性理論的變形模型，collier把織物看作正交各向異性的膜元素，采用幾何非線性有限元法。2o世紀(jì)90年代，ascough使用簡單變形梁元素，yamazaki等在粱元素基礎(chǔ)上，加入外部力。2000年后，kang等提出基于連續(xù)殼理論的顯式動(dòng)態(tài)有限元分析方法實(shí)現(xiàn)了一套三維服裝懸垂形狀預(yù)言快速反應(yīng)系統(tǒng)，jinlianhu等提出有限體積法(fvm)。

在目前的使用中，織物的微觀非連續(xù)結(jié)構(gòu)與有限元素的分割尺寸相比很小，將織物看作連續(xù)體，并忽略織物在微元水平內(nèi)的相互作用，在一定范圍內(nèi)具有合理性。即使是如此簡化，連續(xù)模型的計(jì)算量仍相當(dāng)大，計(jì)算過程繁瑣耗時(shí)，不能用于服裝的實(shí)時(shí)仿真。

2，2．2離散模型

織物是由大量纖維、紗線形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體，是非連續(xù)的，宜使用離散的方法建立模型。1994年breen等提出采用相互聯(lián)系的粒子系統(tǒng)模型模擬織物的懸垂特性，1996年eberhardt等發(fā)展了breen的粒子模型，體現(xiàn)了織物的滯后效應(yīng)，增加了風(fēng)動(dòng)、身動(dòng)等外力對(duì)服裝面料的影響。在粒子系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，由provot和howlett先后提出的質(zhì)點(diǎn)一彈簧模型結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，計(jì)算效率較高，取得了較好的應(yīng)用效果。該模型將服裝裁片離散表達(dá)為規(guī)則網(wǎng)格的質(zhì)點(diǎn)～彈簧系統(tǒng)。每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)與周圍相連的若干個(gè)質(zhì)點(diǎn)由彈簧相連，整個(gè)質(zhì)點(diǎn)一彈簧系是一個(gè)規(guī)則的三角形網(wǎng)格系統(tǒng)。desbrun等對(duì)質(zhì)點(diǎn)～彈簧模型加以延伸、擴(kuò)展和改進(jìn)，綜合顯式、隱式積分，提出一種實(shí)時(shí)積分算法，可實(shí)現(xiàn)碰撞和風(fēng)吹等檢測(cè)和反應(yīng)。劉卉等也用改進(jìn)的質(zhì)點(diǎn)一彈簧模型完成了模擬服裝的嘗試。

物理建模方法雖然仿真效果更接近真實(shí)狀態(tài)，但因模型中包含的有效織物力學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)很難確定，加之運(yùn)算時(shí)間太長，應(yīng)用受到了限制。

人體多層次模型是最接近人體解剖結(jié)構(gòu)的模型，通常使用骨架支撐中間層和皮膚層，中間層包含骨骼、肌肉、脂肪組織等，因此人體從內(nèi)到外分成骨架、骨頭、肌肉、脂肪和皮膚等幾個(gè)層次，可分別采用不同的建模技術(shù)。骨頭層可看成剛性物體，采用幾何模型。皮膚層屬于最外層，需要較多的真實(shí)性，可采用基于物理的模型，指定皮膚層每個(gè)頂點(diǎn)的質(zhì)量、彈性、阻尼等物理參數(shù)，計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特性，實(shí)現(xiàn)皮膚的變形。皮膚需要匹配到骨架上，其動(dòng)態(tài)擠壓和拉伸效果由底層骨架運(yùn)動(dòng)及肌肉體膨脹、脂肪組織的運(yùn)動(dòng)獲得，附著于骨頭上的肌肉和脂肪也得適當(dāng)?shù)夭捎梦锢斫７绞叫纬伞?/p>

chadwick等提出了“人體分層表示法”的概念。在此基礎(chǔ)上，thalmann等提出一種更加高效的、基于解剖學(xué)的分層建模算法來實(shí)現(xiàn)人體的建模與仿真。通過這種方法建立的人體模型從生理學(xué)和物理學(xué)角度都能實(shí)現(xiàn)更加逼真的效果，但模型復(fù)雜度高，人體變形時(shí)計(jì)算量大。

幾何建模能賦予服裝更靈活的形狀，可以方便地修改服裝的長短胖瘦、結(jié)構(gòu)線等外觀形狀，模型簡單，執(zhí)行速度快，但不能通過參數(shù)控制服裝的懸垂及質(zhì)感。物理建模允許通過選擇參數(shù)值較為直觀地控制服裝的懸垂及質(zhì)感，如增加質(zhì)量參數(shù)值將得到厚重織物，但模型復(fù)雜，計(jì)算費(fèi)時(shí)。服裝的混合建模技術(shù)吸取了幾何和物理的優(yōu)點(diǎn)。通常在圖形生成或模擬過程中，先用幾何方法獲得大致輪廓，再用物理約束和參數(shù)條件進(jìn)行局部結(jié)構(gòu)細(xì)化，從而獲得逼真、快速的模擬圖形。

kunii和godota使用混合模型實(shí)現(xiàn)了對(duì)服裝皺褶的模擬。rudomin在進(jìn)行模擬時(shí)先使用幾何逼近的方法，在人體的外圍生成…個(gè)3dj]~裝凸包，給出了懸垂織物的大致形狀，后利用terzopoulos的彈性形變模型對(duì)織物的形態(tài)進(jìn)行細(xì)化處理。

在實(shí)際應(yīng)用中，混合建模技術(shù)更適合于織物和服裝變形形態(tài)的模擬，既能滿足對(duì)服裝三維效果的仿真，且能在一定程度上實(shí)現(xiàn)三維交互設(shè)計(jì)，計(jì)算時(shí)間也將顯著縮短，可以滿足實(shí)時(shí)的要求，是目前較好的選擇。

在三維人體建模上，對(duì)靜止人體的實(shí)現(xiàn)主要采用面建模技術(shù)，重點(diǎn)描述人體的外表面，即皮膚的外形。為了實(shí)現(xiàn)人體的動(dòng)態(tài)仿真，需要考慮人體本身的物理特征(如質(zhì)量、密度、材料屬性等)和行為特征，使得計(jì)算機(jī)模擬的人體活動(dòng)符合真人的運(yùn)動(dòng)效果，采用了物理建模技術(shù)，但由于人對(duì)人體解剖結(jié)構(gòu)、自身組織及器官的物理特性、人體運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)行為等研究和了解得并不充分，很難建立起完整的三維人體物理模型。

篇10

【關(guān)鍵詞】變差函數(shù) 變差函數(shù)求取 變差函數(shù)參數(shù)設(shè)置

圖1 變差函數(shù)示意圖

在變差函數(shù)圖中有幾個(gè)重要的參數(shù)：a、c、c0 及cc，其中a為變程，反映區(qū)域化變量在空間上的變化程度，在隨機(jī)地質(zhì)建模中主要反映儲(chǔ)層參數(shù)在空間上的相關(guān)性，當(dāng)h≤a時(shí)儲(chǔ)層參數(shù)具有相關(guān)性，且相關(guān)性隨h的變大而減??；當(dāng)h≥a時(shí)儲(chǔ)層參數(shù)不具有相關(guān)性，變程a越大連續(xù)性越好。c為基臺(tái)值，反映儲(chǔ)層參數(shù)在研究區(qū)范圍內(nèi)的變異強(qiáng)度，為先驗(yàn)方差。c0為塊金效應(yīng)值，為距離h很小時(shí)兩點(diǎn)間的差異，塊金值越大連續(xù)性越差。隨機(jī)地質(zhì)建模過程中認(rèn)為地層內(nèi)距離很小的兩點(diǎn)間的接觸關(guān)系為漸變接觸，所以隨機(jī)地質(zhì)建模過程中通常認(rèn)為塊金常數(shù)為零。cc為拱高，表示在取得有效數(shù)據(jù)的尺度上，可觀測(cè)得到的變異性幅度大小，當(dāng)塊金值等于零時(shí)，基臺(tái)值即為拱高。

2 隨機(jī)建模過程中變差函數(shù)參數(shù)的設(shè)置

在主流地質(zhì)建模軟件中，變差函數(shù)的參數(shù)主要是通過調(diào)整搜索方錐獲得變差函數(shù)圖與實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)圖進(jìn)行擬合來求取。在搜索方錐中需要設(shè)定的主要參數(shù)有方位角、容差角、搜索距離、滯后距、滯后距容差、帶寬等。方位角為搜索主方向，主方向是樣點(diǎn)間相關(guān)性最好的方向[3]，在隨機(jī)建模過程中方位角一般給定為砂體連通性最好的方向（物源方向）。由于工區(qū)內(nèi)井點(diǎn)數(shù)據(jù)多為不規(guī)則分布，在指定方向上很難搜索到足夠多的數(shù)據(jù)點(diǎn)，所以引入了容差角（Δφ）。作用是使搜索方向上（φ+Δφ）范圍內(nèi)的井點(diǎn)數(shù)據(jù)都被認(rèn)為在有效的搜索范圍內(nèi)。容差角要根據(jù)井點(diǎn)規(guī)則程度來設(shè)置，一般可設(shè)為π/8。搜索距離可設(shè)為搜索方向上是遠(yuǎn)的兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的距離。滯后距一般設(shè)為搜索方向上的平均井距，滯后距須由調(diào)整滯后距個(gè)數(shù)來確定，滯后距=搜索距離/滯后距個(gè)數(shù)。滯后距容差也是因井網(wǎng)的不規(guī)則而引入的，參數(shù)大小應(yīng)依據(jù)井點(diǎn)分布的規(guī)則程度來確定。容差角的引入使我們?cè)诿鎸?duì)不規(guī)則分布的樣品時(shí)有了更多的搜索空間，但隨之而來的缺點(diǎn)是在一定的容差角范圍內(nèi)，如搜索步長過大搜索的方向性會(huì)受到一定的影響[4]。為保證搜索方向性，加入了帶寬這一參數(shù)，通常將帶寬設(shè)置為1倍井距。

3 應(yīng)用效果

蘇里格氣田蘇11區(qū)塊，沉積背景為辮狀河沉積，儲(chǔ)層連續(xù)性較差，沿河道方向砂體規(guī)模1200米，垂直河道方向砂體規(guī)模800米。本次選取區(qū)塊內(nèi)17排到27排共116口井進(jìn)行地質(zhì)建模研究，所選井區(qū)內(nèi)井點(diǎn)分布較規(guī)則，基本符合600m*600m菱形井網(wǎng)。以盒8下6小層河道相主變程求取為例，根據(jù)上述搜索方錐參數(shù)設(shè)置原則與擬合情況，分別設(shè)置主方向6°、搜索距離為6800、容差角為π/8、滯后距為630、帶寬600。下面為主變程的搜索方錐（圖2）和變差函數(shù)擬合效果圖（圖3）。從變差函數(shù)擬合結(jié)果來看，擬合效果較好。

利用上述原則得出盒8下4、5、6小層變差函數(shù)參數(shù)求取結(jié)果（表1）。經(jīng)分析，本次所求得的各小層的變程等參數(shù)與前期地質(zhì)認(rèn)識(shí)相符合，說明本次變差函數(shù)求取可靠性較高。

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

（1）變差函數(shù)主要為隨機(jī)建模提供可靠的參數(shù)，同時(shí)通過變程、基臺(tái)值、塊金值等參數(shù)可以判斷出儲(chǔ)層的非均質(zhì)性。

（2）主流地質(zhì)建模軟件中變差函數(shù)是通過調(diào)整搜索方錐來求取的，搜索方錐所需參數(shù)與井點(diǎn)數(shù)據(jù)分布規(guī)則程度密切相關(guān)。充分考慮井點(diǎn)數(shù)據(jù)規(guī)則程度能使求得的變程等參數(shù)更加忠實(shí)可靠。

圖3 盒8下6小層主變程變差函數(shù)擬合圖

（3）搜索方錐中參數(shù)的設(shè)置可根據(jù)擬合情況做出適當(dāng)?shù)脑鰷p，以保證求出較小塊金值和合理變程的變差函數(shù)。

（4）擬合出的主方向、變程等參數(shù)應(yīng)與研究區(qū)的地質(zhì)情況相符合。

參考文獻(xiàn)