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起重機(jī)的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)？結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上
混合軟件體系結(jié)構(gòu)
wangchonghua'lihua1 2
（l.機(jī)械工程上海海事大學(xué)上海2001.3.5.中國，
電子郵件：chonghua.wang@gmail.com；
2，伍斯特理工學(xué)院，伍斯特01609，MA，USA）
摘要：起重機(jī)的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)？基于客戶機(jī)/服務(wù)器和瀏覽器/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)的介紹?；趯I(yè)/工程師平臺(tái)？三維參數(shù)化模型的是允許的結(jié)構(gòu)可行的配置生成的客戶端/服務(wù)器框架。利用Visual C++開發(fā)由Pro/E和ANSYS的APDL建模模式的GUI 的一個(gè)集成方法的三維CAD和CAE提供了包括三維參數(shù)化模型的同步更新和再生的有限元模型分析。在瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)，三維CAD模型的零件組件結(jié)構(gòu)也可以在客戶客戶顯示？在VRML格式5瀏覽器。
關(guān)鍵詞：數(shù)字化設(shè)計(jì)；起重機(jī)；混合軟件體系結(jié)構(gòu)的CAD/CAE集成
1引言
集裝箱起重機(jī)是一個(gè)主要機(jī)械,用于船舶運(yùn)輸和快速增加世界各地近年來。起重機(jī)是非常大而復(fù)雜的機(jī)器。他們的結(jié)構(gòu)有不同的配置和很多的設(shè)計(jì)參數(shù)，以滿足不同的自然，環(huán)境和經(jīng)營條件的每一個(gè)港口。另外的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)符合要求的強(qiáng)度穩(wěn)定性與累積損傷與振動(dòng)頻率標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。因此，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析是必要的，因?yàn)樵谏虡I(yè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件中，由于結(jié)構(gòu)是非常大的，復(fù)雜的，可直接采用有限元分析程序來完成分析任務(wù)。
在本文中，數(shù)字設(shè)計(jì)方法的起重機(jī),提出了基于客戶機(jī)/服務(wù)器和瀏覽器/服務(wù)器混合軟件體系結(jié)構(gòu)。它主要是基于三維參數(shù)化有限元建模技術(shù)、CAD/CAE集成技術(shù)、Pro/E、ANSYS、MS Visual C java，VRML（虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言）和EAI（外部程序接口）。該方法包括起重機(jī)產(chǎn)品的三維參數(shù)化模型的家庭建筑CAD平臺(tái)，建立有限元模型，第二三維參數(shù)化模型的開發(fā)，同步更新和有限元分析，三維CAD模型，對(duì)客戶的動(dòng)態(tài)顯示，在VRML格式的Web瀏覽器
2系統(tǒng)架構(gòu)概要
在客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，提出了一個(gè)框架，支持三維數(shù)字化設(shè)計(jì)。臺(tái)式電腦CAD軟件平臺(tái)如Pro/ENGINEER等作為客戶端運(yùn)行，這要求對(duì)零件的設(shè)計(jì)參數(shù)值，部件和整體結(jié)構(gòu)服務(wù)器。然后一個(gè)參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法來推廣三維CAD模型。其他桌面電腦的CAE軟件如ANSYS運(yùn)行平臺(tái)也作為客戶，在有限元分析和結(jié)構(gòu)分析建模的實(shí)現(xiàn)。基于CAD/CAE的集成方法，在三維CAD模型的零件、部件和結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，同步更新，實(shí)現(xiàn)了有限元分析。
在瀏覽器/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)網(wǎng)探索作為瀏覽器，它請(qǐng)求的數(shù)據(jù)從Web服務(wù)器的查詢重定向到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的Web服務(wù)器，它顯示的CAD模型生成客戶對(duì)他的網(wǎng)頁瀏覽器在VRML格式。
雖然這種結(jié)構(gòu)可能是一個(gè)較低的網(wǎng)絡(luò)帶寬瓶頸>但它是一個(gè)相對(duì)簡單的方法和整個(gè)系統(tǒng)的體積可以盡可能少的控制。
在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器層,數(shù)據(jù)模型是根據(jù)他們的專業(yè)。該系統(tǒng)包括一個(gè)基本產(chǎn)品庫維護(hù)的設(shè)計(jì)師,只能為設(shè)計(jì)師。其他信息,比如用戶信息,3 d模型也在這層管理。
3 基于Olient的CAD / CAE /服務(wù)器integraion
3.1 cad平臺(tái)起重機(jī)的三維參數(shù)化模型的家庭名單
為了支持設(shè)計(jì)起重機(jī)的家庭,對(duì)產(chǎn)品平臺(tái)開發(fā)cad表示允許代可行的配置結(jié)構(gòu),組件和每個(gè)家庭成員,然后一部分?jǐn)U展他們所需的大小。cad模型的框架平臺(tái)必須提供功能列為符合低點(diǎn)。
1)產(chǎn)品分解成基于自上而下的分層產(chǎn)品結(jié)構(gòu)零部件能夠促進(jìn)設(shè)計(jì)任務(wù)them開發(fā)團(tuán)隊(duì),起重機(jī)結(jié)構(gòu)簽名必須使用他著名的分層結(jié)構(gòu)化結(jié)構(gòu)。由一個(gè)數(shù)字的組件。每個(gè)組件可以數(shù)量的子組件或型。該產(chǎn)品以這種方式構(gòu)建遞歸地繼續(xù),直到所有組件在最低層次的部分。因此產(chǎn)品結(jié)構(gòu)自上而下的方式,創(chuàng)造盡可能多的設(shè)計(jì)師所期望的水平。圖2顯示了一個(gè)簡化的層次產(chǎn)品結(jié)構(gòu)岸邊集裝箱起重機(jī)的結(jié)構(gòu)。
2)構(gòu)建3 d部分特色技術(shù)CAD軟件平臺(tái)提供的功能技術(shù)如Pro /工程師包括:l.草案特性這是基本畫橫截面產(chǎn)生的幾何特征和拉伸,旋轉(zhuǎn)或掃描-
寧;2.附件功能被添加到基本字符包括洞,圓的角落里,崩潰角等等。根據(jù)特征技術(shù),所有零件的三維模型生成起重機(jī)的結(jié)構(gòu)。
3)指定約束關(guān)系的組件創(chuàng)建中(產(chǎn)品族零部件使用——表示看來好像約束關(guān)系。在組裝模塊等cad軟件pro /工程師,約束模型的部分組件或整個(gè)起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的值改變時(shí),尺寸參數(shù)和設(shè)計(jì)變量之間的關(guān)系構(gòu)建準(zhǔn)確。等商業(yè)CAD軟件pro /工程師提供了功能設(shè)置設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)和尺寸變量之間建立關(guān)系。
4)生成組件或產(chǎn)品的裝配模型以自底向上的方式基于約束關(guān)系結(jié)構(gòu)的層次結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,一個(gè)設(shè)計(jì)師可以開始構(gòu)建三維模型的一部分當(dāng)任務(wù)被分配給他。另一方面,3 d建模組件由一個(gè)設(shè)計(jì)師的被分配只能開始創(chuàng)建子組件和零件。所以實(shí)際建?；顒?dòng)是自下而上的過程。根據(jù)分層起重機(jī)的結(jié)構(gòu)和裝配零部件之間的約束關(guān)系,生成組件所需的3 d模型。
3.2 代起重機(jī)有限元分析模型
在有限元分析中,數(shù)學(xué)模型應(yīng)盡可能準(zhǔn)確地模擬實(shí)際對(duì)象趕到那里。通常應(yīng)該進(jìn)行有限元分析整個(gè)起重機(jī)的結(jié)構(gòu)。
結(jié)構(gòu)非常龐大而復(fù)雜的元素將幾百萬的數(shù)量得到一個(gè)可接受的解決方案。是不可能使用任何有限元分析程序商業(yè)CAD 產(chǎn)品完成任務(wù)。ANSYS是入選,是因?yàn)槠鋸?qiáng)大的結(jié)構(gòu)分析的功能。同樣的原因,在ANSYS板元素不會(huì)被采納。beaml88元素用于建立有限元分析國防部會(huì)。
在ANSYS中,提供了兩種建模模式建立有限元分析模型,人機(jī)互動(dòng)模式也稱為GUI模式和APDL命令流流輸入模式的模式。
兩種模式也參考文獻(xiàn)中描述的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。總結(jié)的背景知識(shí)的GUI和ANSYS的APDL模式,起重機(jī)結(jié)構(gòu)的有限元分析模型是真實(shí)的-
基于復(fù)合模式的工業(yè)區(qū)。第一位?結(jié)構(gòu)的有限元分析模型可以通過ANSYS構(gòu)建,CAE分析結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)?和相應(yīng)的日志文件生成。然后日志文件可以修改通過使用ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語言APDL提供。APDL文件的結(jié)構(gòu)包括一代的模型?施加的載荷和約束,解決和處理后建立。
代的模型由參數(shù)定義,建立節(jié)點(diǎn)/單位/部分等。新起重機(jī)結(jié)構(gòu)的有限元分析模型由運(yùn)行APDL文件。圖4顯示了結(jié)構(gòu)的有限元分析模型及其應(yīng)力分析圖表。
3.3 基于Visual c++ CAD / CAE的集成
[1]建立CAD / CAE的集成開發(fā)環(huán)境可以實(shí)現(xiàn)CAD / CAE的集成開發(fā)使用Visual C P P和Pro / TOOLKIT。后者是一個(gè)利用Pro /工程師提供的軟件工具包。文件路徑和庫文件路徑的pro / TOOLKIT文件路徑的APDL建立在Visual C PP,CAD / CAE的集成開發(fā)環(huán)境。
[2]的基礎(chǔ)的CAD / CAE集成設(shè)計(jì)對(duì)話框Visuil CPP開發(fā)環(huán)境,CAD / CAE集成設(shè)計(jì)對(duì)話框部分的組件和整體結(jié)構(gòu)建立了通過Visuil CPP提供的設(shè)計(jì)工具。
[3]CAD / CAE集成過程第一,設(shè)計(jì)參數(shù)值是通過com數(shù)據(jù)庫連接顯示rn CAD / CAE集成設(shè)計(jì)對(duì)話框的文本框。第二,新的設(shè)計(jì)參數(shù)值輸入通過設(shè)計(jì)對(duì)話框并保存數(shù)據(jù)庫連接相應(yīng)的起重機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)值在文件也自動(dòng)修改。一些修改文件等一些參數(shù)的變化只是節(jié)點(diǎn)的有限元分析的縱坐標(biāo)一些修改將改變?cè)氐淖址鸮橫截面,加載etc.Next的價(jià)值和方向,繁榮和起重機(jī)結(jié)構(gòu)的新3 d cad模型自動(dòng)構(gòu)建。然后>新APDL執(zhí)行文件和新起重機(jī)的有限元分析 ANSYS軟件環(huán)境中再生。最后基于修改有限元模型的有限元分析和計(jì)算進(jìn)行證明是否新鮮
4 產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)
為了建立3 d場景演示>設(shè)計(jì)師必須實(shí)例化一個(gè)文件中的每個(gè)部分設(shè)計(jì)參數(shù)值的組件和結(jié)構(gòu)。結(jié)果是大量的文件,因?yàn)檫@樣復(fù)雜系統(tǒng)的發(fā)展,一些設(shè)計(jì)師工作接近對(duì)方。即使有強(qiáng)大的限制在文件命名,概述很快就迷路了。保證數(shù)據(jù)完整性和正確的零件或組件之間的關(guān)系,使用一個(gè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。解決方案是一個(gè)數(shù)據(jù)庫?；井a(chǎn)品庫由設(shè)計(jì)參數(shù)信息,配置的結(jié)構(gòu),是由設(shè)計(jì)師,只能為設(shè)計(jì)師。使用數(shù)據(jù)庫,一些一般性的問題將得到解決:
[1]數(shù)據(jù)的完整性
在文件系統(tǒng)上,設(shè)計(jì)師的變化首先保存文件然后刪除的設(shè)計(jì)師之后保存相同的文件。但不能修改CAD模型兩個(gè)設(shè)計(jì)師同時(shí)使用數(shù)據(jù)庫的事務(wù)機(jī)制。
[2]的直接關(guān)系
有直接關(guān)系的數(shù)據(jù)實(shí)體模型、技術(shù)三維模型之間的依賴關(guān)系可以很容易地找到。給設(shè)計(jì)師一個(gè)提示,直接關(guān)系模型也必須改變后的變化在一個(gè)模型。
[3]中心數(shù)據(jù)管理
中央數(shù)據(jù)提供了備份和版本控制的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。數(shù)據(jù)聚類數(shù)據(jù)集群加快數(shù)據(jù)訪問,因?yàn)槊總€(gè)設(shè)計(jì)師電腦可以獲得所需的信息。這是非常重要的對(duì)分布式和協(xié)同設(shè)計(jì)項(xiàng)目。實(shí)體關(guān)系(ER)模型,它是一項(xiàng)很受歡迎的高數(shù)據(jù)模型,用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)基本產(chǎn)品。其變化經(jīng)常用于數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序的設(shè)計(jì),和許多數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)工具使用的概念。ER描述數(shù)據(jù)實(shí)體、關(guān)系和屬性。模式的基本對(duì)象
代表是一個(gè)實(shí)體,是在現(xiàn)實(shí)世界中獨(dú)立存在。每個(gè)實(shí)體的屬性,即特定的屬性,描述一個(gè)特定的實(shí)體t。會(huì)有一個(gè)為每個(gè)屬性的值。描述每個(gè)實(shí)體的屬性值成為一個(gè)主要的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。間的關(guān)系類型R n實(shí)體類型EI,E2,……,定義了套協(xié)會(huì)或?qū)嶓w從這些類型的關(guān)系。實(shí)體類型及實(shí)體集、關(guān)系類型及其對(duì)應(yīng)關(guān)系通常稱為同名的R。
根據(jù)分層數(shù)據(jù)庫實(shí)體。每一部分,組件和結(jié)構(gòu)可以表示成一個(gè)實(shí)體屬性描述的設(shè)計(jì)參數(shù)。空間起重機(jī)產(chǎn)品的零部件之間的關(guān)系表示為集r的關(guān)系數(shù)據(jù)庫是使用Microsoft SQL 組件構(gòu)造(COM)組件是用于數(shù)據(jù)庫連接從CAD / CAE集成設(shè)計(jì)接口。
5 基于瀏覽器/ Server9,1的3 d模型
瀏覽器/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)是用來顯示3 d cad模型的零件,組件和整個(gè)結(jié)構(gòu)的客戶?S瀏覽器m vrml格式。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)網(wǎng)探索瀏覽器的基礎(chǔ)。在Java應(yīng)用程序服務(wù)器程序?qū)崿F(xiàn)以下幾個(gè)原因。最重要的一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言VRML 1.0和2.0版本。Java applet EAI是用來連接VRML世界通過Java applet與HTML頁面動(dòng)態(tài)控制VRML場景。
6結(jié)論
岸邊集裝箱起重機(jī)的三維數(shù)字設(shè)計(jì)嗎?基于混合模式的客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)和瀏覽器/服務(wù)器介紹了。
基于自頂向下的層次產(chǎn)品結(jié)構(gòu)?特征技術(shù)?裝配約束關(guān)系?自底向上的裝配過程和維度關(guān)系提供的Pro /工程師嗎?CAD平臺(tái)構(gòu)建三維參數(shù)化模型的家庭允許代起重機(jī)結(jié)構(gòu)的可行的配置。
總結(jié)的背景知識(shí)的GUI和ANSYS的APDL模式平臺(tái)?起重機(jī)結(jié)構(gòu)的有限元模型,實(shí)現(xiàn)了基于復(fù)合模式。
在MS Visual c++的幫助嗎?CAD / CAE的集成開發(fā)方法由再生的3 d參數(shù)化CAD模型?同步更新和分析的有限元模型。
基于JAVA的技術(shù)嗎?VRML,EAI,動(dòng)態(tài)顯示最新的3 d 模型在客戶的瀏覽器實(shí)現(xiàn)。
構(gòu)建基本的產(chǎn)品和用戶信息使用Microsoft SQL Server 2000。
該系統(tǒng)可以大大提高設(shè)計(jì)的效率岸邊集裝箱起重機(jī)嗎?結(jié)構(gòu)。