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*面钢闸门三维数字化设计综合应用研究_论文

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*面钢闸门三维数字化设计综合应用研究 A 3-dimensional digital design integrated method for hydraulic flat steel gate 邹今春,郭天佑,李 岗,赵春龙 ZOU Jin-chun, GUO Tian-you, LI Gang, ZHAO Chun-long (中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安 710065) 摘 要:基于Inventor*台的二次开发,提出了一种*面钢闸门三维数字化建模、计算分析、二维工程 图集成应用方式,总结了各模块的应用特点及模块间设计参数的数据共享途径,讨论了存在 的问题。 关键词:*面钢闸门;二次开发;参数化;自动化 中图分类号:TU391 文献标识码:A 文章编号:1009-0134(2017)11-0141-03 0 引言 钢闸门是水工建筑物中用于开启、关闭或局开过水 孔口的动设备,在引水、挡水、冲沙、泄洪、防淤、发 电控制等方面担当重要任务,直接关系电站整体可靠运 行。由于承受工况复杂,结构类型丰富,目前均采用非 标设计方式。据统计水工钢闸门出图量占整个枢纽出图 量比例可达15%[1]。而工程建设方面对缩短设计周期、 加快出图速度的要求日益强烈,因此采用先进设计手段 和技术,提高设计自动化水*和质量变得越来越重要。 三维数字化设计是解决这一突出问题的重要途径。 它不仅具有传统三维可视化带来的优点,还能通过尺寸 约束和几何约束来定义和控制几何模型,支持在产品开 发的不同阶段对产品结构进行快速修改。这恰好满足了 水电工程各建设阶段对结构方案反复调整和优化的实际 需要。目前应用于水工钢闸门设计的三维*台主要有 Autodesk公司的Inventor[2~4]以及达索公司的CATIA[6~8]。何 玉新、李敬泽将Inventor应用于钢闸门的设计,介绍了产 品虚拟样机、干涉检测、模型与工程图关联等功能[2]。 李胜、李敬泽以具体实例对参数分类、参数精简及通用 性、零部件纯数字关联方式等问题进行了深入剖析, 提出了一种融合Excel设计计算、Inventor三维建模和 Inventor自动生成工程图的设计模式 。徐庆总结出一 条从总体到局部、从上至下的设计思路,利用闸门结构 零部件之间主从关系,优化了零部件之间装配关系和模 型库的管理 。基于对BIM技术的深入理解,魏群等提 出综合利用Inventor的多层次资源,充分利用其用户交 互、图形数据等技术的深层分析方法,为以Inventor为 基础*台的深度二次开发提供了理论支撑,并开发出设 [4] [3] 计、分析、制作于一体的钢结构设计软件 [5,6]。此外, CATIA*台下的参数化设计应用也得到了广泛关注。王 可、陈相楠、贾刚、余迎宾等介绍了CATIA*台上闸门 建模、出图的详细流程,提出建立组件库以提高设计效 率的方法,为CAITA的工程应用积累了经验[7,8]。 Inventor或CATIA*台自带功能均不能同时解决 好闸门高效建模、准确出图、自动计算的问题。本文 在以往研究者基础上,以*面闸门为研究对象,利用 Inventor*台的二次开发,采用多种语言混合编程及 Windows API技术,在综合三维参数化建模、计算分 析、二维工程图模块功能,实现了建模中零部件快速装 配、二维图生成中底层数据的获取与尺寸自动标注、计 算过程与三维模型的交互,为钢闸门三维数字化综合设 计应用做出一些尝试。 1 建模模块 闸门分为门叶、门槽,是最高层级的两个模型组 件,并将其作为父级模型。以孔口尺寸、封水宽高、支 承跨度、最大外廓尺寸及各分节高度为依据,建立门 叶、门槽三维模型总体网格轴线,对门叶门槽的总体布 局其进行整体控制。门叶门槽这两级父级模型之下的是 各门叶节(含主梁、次梁、隔板、边梁等)、主反滑 块、充水阀、吊耳以及水封等零部件子集模型。为了进 一步规范零部件安装位置,在单节门叶结构建模层级也 引入了单节轴线网格。 按照分类原则及出图的要求,对于父级建模层建立 的总体网格轴线,操作对象为单节门叶或与单节门叶具 有相同出图等级的零部件,如充水阀、水封。对于单节 收稿日期:2017-08-13 作者简介:邹今春(1986 -),男,湖南新化人,工程师,硕士,主要从事水利水电工程钢结构及起重设备设计研发。 第39卷? 第11期? 2017-11? 【141】 图1 总体轴线布置 门叶结构建模层的单节轴线网格,操作对象为主梁、次 梁、边梁、隔板。高效的建模功能依赖于闸门零部件参 数化模型库中参数的合理设置[3]。 总结*面钢闸门结构特点,对闸门各部件进行分 类,分析图形结构的*斯叵担崃冻鐾夹蔚募负喂叵 参数,将闸门各个部件进行参数化建模,并采用数据库 进行数据管理应用。在参数设置过程中充分利用零部件 之间的连接关系,建立相互接触的图形要素之间重合、 *齐、共面等几何关系,实现参数间数学关系与对应零 部件图形要素几何关系的一一映射。比如等截面主梁高 度一般与边梁高度一致、门叶结构支承跨度决定了滑块 水*安装间距。在结构更新(实质为参数更新)时依据 主从关系,使对应参数保持相应的数值关系。对一些非 承力的结构件部分尺寸进行统一规范,或设成固定值或 进行系列化,在参数修改时可进行参数传递实现联动更 新,从而精简了独立参数数量,也提高了零部件装配和 结构修改的效率。 2 二维工程图模块 二维工程图与三维模型的强关联性是Inventor相比 其他三维软件的优势,但相比水利水电行业出图*惯需 做较大调整和修改。用三维软件自身出图模块完成一张 完整图纸需手动逐步完成,尤其是视图、标注和材料表 的表示更是繁琐易疏漏,自动化程度低。本文提出按照 *面钢闸门图纸表达*惯和要求,通过Inventor的API接 口将图纸生成中用到的众多Inventor零散操作命令通过 命令流方式进行串联运行,并获取图形数据以对视图、 标注、材料表进行详细定制。 以闸门门叶总图为



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