SolidWorks結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)仿真

2013-06-12 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)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(jīng)成熟,在計(jì)算機(jī)屏幕上便可實(shí)現(xiàn)以零件模型代替實(shí)物,進(jìn)行方案選擇及修改、運(yùn)動(dòng)分析及校核,為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)帶來很大的方便,以下結(jié)合Solidworks2006軟件的特點(diǎn),介紹其在對(duì)小高層鋼結(jié)構(gòu)住宅工程中鋼結(jié)構(gòu)安裝的三維動(dòng)態(tài)仿真的應(yīng)用。

無論是傳統(tǒng)的手工繪圖設(shè)計(jì),還是二維CAD計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),對(duì)于運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)都沒有辦法處理。簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)還可以模擬,但稍微復(fù)雜一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)就束手無策了,隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD的飛速發(fā)展,應(yīng)用設(shè)計(jì)的功能日益增強(qiáng),CAD已不僅僅限于二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì),而且只有建立三維立體模型,生成數(shù)控代碼,將多個(gè)三維立體模型裝配為構(gòu)件并進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真的功能,通過在計(jì)算機(jī)上建立虛擬的裝配模型,并對(duì)模型進(jìn)行各種動(dòng)態(tài)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(shí)現(xiàn)利用數(shù)字化形式模擬代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)物試驗(yàn),可大大簡(jiǎn)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)過程,優(yōu)化構(gòu)件的裝配方案,如鋼結(jié)構(gòu)工程中可優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)施工安裝方案,大幅度縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期,減少產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用和成本,提高了系統(tǒng)性能,獲得最優(yōu)化和創(chuàng)新的設(shè)計(jì)產(chǎn)品。
1 SolidWorks 2006的有關(guān)操作

    1.1零件實(shí)體的建模

構(gòu)件是由若干零件組成的,因此,在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)仿真前,要先做有關(guān)零件的實(shí)體建模。Solidworks2006用戶界面非常人性化,便于操作。在Solidworks的標(biāo)準(zhǔn)菜單中,包含了各種用于創(chuàng)建零件特征和基準(zhǔn)特征的命令。其中基礎(chǔ)實(shí)體特征主要有拉伸凸臺(tái)l基體、旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)/基體等。在基礎(chǔ)實(shí)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(chuàng)建對(duì)于實(shí)體造型的完整性非常重要。在處理復(fù)雜的幾何形狀時(shí)還需要其它高級(jí)特征選項(xiàng),包括掃描、放樣凸臺(tái)/基體及參考幾何體中基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)面這些定位特征等。通過以上特征造型技術(shù)在Solidworks能設(shè)計(jì)出需要的實(shí)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(jī)械系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的CAD創(chuàng)建三維裝配體模型流程相比,在Solidworks裝配體環(huán)境中可在位創(chuàng)建零件,也可以在裝配體環(huán)境中修改零件而不需要單獨(dú)打開該零件。當(dāng)保存裝配體時(shí),零件文件也被保存到指定的目錄。當(dāng)在位創(chuàng)建零件,或在多個(gè)裝配體中使用或重用零件時(shí),可使用Solidworks創(chuàng)建的有自適應(yīng)特征的零件,自適應(yīng)零件能夠根據(jù)其它零件自動(dòng)調(diào)整到相應(yīng)的大小和位置。這樣可節(jié)約時(shí)間,提高精度,從而大大提高了設(shè)計(jì)的靈活性,減少了工作量。

    1.3動(dòng)態(tài)仿真可視化功能

當(dāng)零件裝配成一系統(tǒng)之后,常常需要對(duì)系統(tǒng)做運(yùn)動(dòng)分析。而分析結(jié)果最好的表達(dá)方式莫過于動(dòng)畫,因?yàn)閯?dòng)畫是一種傳遞設(shè)計(jì)思想,記錄仿真的良好載體,它的特點(diǎn)就在于形象和直觀。Animator就是一個(gè)與Solidworks完全集成的動(dòng)畫制作軟件插件,它能將Solidworks的三維模型實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的可視化,并且實(shí)時(shí)錄制構(gòu)件設(shè)計(jì)的模擬裝配過程、模擬拆卸過程和構(gòu)件的模擬運(yùn)行過程,將設(shè)計(jì)者的意圖更好地傳遞給客戶。

在Solidworks2006中,Animator的功能得到了增強(qiáng),它和Solidworks2006中另一插件PhotoWorks無縫結(jié)合,可充分利用Solidworks獨(dú)有的實(shí)體模型和PhotoWorks的高品質(zhì)的渲染功能。通過全相關(guān)來保證精度,包括保持配合約束關(guān)系和零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間的同步更新。通過增強(qiáng)的圖形燈光控制來增強(qiáng)視覺效果。通過專業(yè)的燈光控制和為零件的特征增加材質(zhì),來產(chǎn)生高質(zhì)量的動(dòng)畫效果。依靠龐大的材質(zhì)、紋理和背景庫(kù),增強(qiáng)視覺沖擊力。

    2三維動(dòng)態(tài)仿真實(shí)例

    2.1仿真對(duì)象

本文以即墨德馨園小高層鋼結(jié)構(gòu)住宅A8樓為研究對(duì)象,動(dòng)態(tài)仿真其第1節(jié)鋼柱及鋼梁的安裝,詳細(xì)地說明了鋼結(jié)構(gòu)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(huán)板、鋼柱對(duì)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?shù)取Ｈ鐖D1所示。

SolidWorks結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)仿真solidworks simulation應(yīng)用技術(shù)圖片圖片1

    2.3鋼構(gòu)件的裝配

以上零件完成建模后,就可以對(duì)其裝配(鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝)。先新建一個(gè)裝配體然后在插人零部件對(duì)話框中點(diǎn)擊瀏覽依次選擇要插入的零部件即可。其中第1個(gè)加人的零件十分重要,它是整個(gè)裝配體的裝配基礎(chǔ),Solidworks已默認(rèn)第1個(gè)零件為非運(yùn)動(dòng)體,其他所有的裝配體零件都是以此為基礎(chǔ),本工程選擇地基為裝配參照體。調(diào)人零件后,要使零件之間達(dá)到準(zhǔn)確的裝配,必須建立準(zhǔn)確的裝配約束,兩個(gè)零件之間的配合關(guān)系一般用6個(gè)自由度來描述:3個(gè)坐標(biāo)方向的位移以及繞這3個(gè)坐標(biāo)方向的轉(zhuǎn)動(dòng),圍繞這6個(gè)自由度,系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)配合和包括凸輪推桿配合、齒輪配合、限制配合、對(duì)稱配合、及寬度配合的4種高級(jí)配合,可以使用這些配合精確地放置實(shí)體。裝配好的效果如圖2所示。
2.4鋼構(gòu)件安裝的三維動(dòng)態(tài)仿真

先啟動(dòng)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(shí)在屏幕上會(huì)出現(xiàn)Animator的工具欄。在Solidworks2006中Animator,的操作都是在工作區(qū)底部進(jìn)行的,可單擊工作區(qū)底部的"模型"或者"動(dòng)畫1"的標(biāo)簽,很方便地在兩者間切換。

在生成動(dòng)畫前,需要對(duì)零部件進(jìn)行合理的位置約束,以達(dá)到和實(shí)際有相同的物理運(yùn)動(dòng)狀態(tài):平移或轉(zhuǎn)動(dòng)。用Animator來對(duì)鋼構(gòu)件進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)模擬仿真安裝,分3個(gè)步驟:①切換到動(dòng)畫界面;②根據(jù)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)度,拖動(dòng)時(shí)間滑桿到相應(yīng)的位置:③拖動(dòng)鋼構(gòu)件,使其達(dá)到動(dòng)畫序列末端應(yīng)達(dá)到的新的位置。

A8樓第1節(jié)柱與地腳螺栓連接及2層梁連接的動(dòng)態(tài)仿真思路:調(diào)節(jié)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(qiáng)螺栓安裝~墊片安裝~螺母安裝。期間可加進(jìn)去一些視圖角度變化以達(dá)到諸如由遠(yuǎn)到近的鏡頭拉伸的效果。如圖3a所示。

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2)A8樓第2節(jié)柱與第1節(jié)柱對(duì)接的動(dòng)態(tài)仿真思路:第2節(jié)柱吊裝~鋼柱對(duì)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(jié)柱安裝順序的動(dòng)態(tài)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。

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3結(jié)論

1)通過靜態(tài)裝配構(gòu)件,校驗(yàn)裝配尺寸,避免了鋼結(jié)構(gòu)的安裝錯(cuò)誤。
2)利用仿真技術(shù)動(dòng)態(tài)模擬構(gòu)件吊裝過程,進(jìn)行實(shí)時(shí)干涉檢測(cè),確保構(gòu)件的安裝到位,對(duì)方案在空間上進(jìn)行優(yōu)化。
3)采用多點(diǎn)同時(shí)施工,按實(shí)際吊裝順序模擬工程進(jìn)展,對(duì)方案在時(shí)間上進(jìn)行優(yōu)化。
4)通過對(duì)吊裝施工方案的動(dòng)態(tài)模擬,施工人員可以隨意地選擇觀察的地點(diǎn)和角度,對(duì)吊裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)漫游,隨時(shí)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況調(diào)整吊裝施工方案。

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