Проектирование автоматизированнь2х станков и комплексов (862477), страница 54

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 54)

В силу указанных особен­ностей поверхностное моделирование часто используют для расчета траекто­рий движений режущих инструментов станков с ЧПУ. Еще одной областьюприменения поверхностного моделирования является получение фотореали­стичных объектов проектирования.В зависимости от поставленной задачи используют различные способыпостроения поверхностей. Одной из наиболее распространенных являетсятехнология NURВS (неравномерный рациональный би-сплайн). NURВSуниверсальныйспособмоделированияповерхностейнаоснове-кривых.Иными словами, модель создается не на основе полигональной сетки, весьмаприближенно передающей конфигурацию реального объекта, а с помощьюгладкой поверхности, математическое описание которой позволяет болееточно реализовать специфику объекта проектирования.

Существенным до­стоинством данной технологии является то, что поверхность произвольнойформы характеризуется математическим представлением, позволяющим точ­но воспроизводить ее в случае необходимости.Хотя поверхности и определяют границы тела, но самого понятия «тело»в поверхностном моделировании не существует, даже в том случае, когда по­верхности выделяют в пространстве некий замкнутый объем.

Методы по­верхностного моделирования не распознают такие формы, как твердые объ­емные тела; в подобных системах они представляются как поверхности,определенным образом сопряженные между собой и выделяющие в про­странстве некий «пустой» объем.Дальнейшее развитие методов геометрического моделирования связанос технологией твердотельного моделирования.

Твердотельная модель пред­ставляет собой целостный объект, занимающий замкнутую часть простран­ства. Положение любой точки пространства всегда может быть определенопо отношению к твердотельной модели как находящейся внутри, на ее по ­верхности или вне модели. Изменение любого элемента модели вызываетизменение всех сопряженных сним элементов.Твердотельную модельстроят путем последовательной модификации имеющихся элементов с по­мощью набора базовых конструктивных элементов и определенных методовпостроения.

В случае необходимости для моделирования могут быть ис-15.3. Пакеты програ.мм автоматизированного проектирования255пользованы различные кривые, а также сложные замкнутые или незамкну­тые контуры. Использование методов твердотельного моделирования поз­воляет напрямую оперировать физическими параметрами объекта проекти­рования.Каждому выбранному методу реализации твердотельных построений со­ответствует однозначное математическое описание. Математическое описа­ние модели тесно связано с понятием структуры данных, соответствующихданной модели.

Существуют различные способы организации структурыданных объекта проектирования. В твердотельном моделировании принятовьщелять методB-Repграничного представления объектов и методCSGнаоснове истории применения формообразующих операций.МетодB-Repграничного представления основан на принципе вьщеленияобъемного тела из пространства путем описания его границ.

Трехмерное телопредставляется набором сопряженных поверхностей различной формы.В структуреB-Repиспользуется описание граней, ребер и вершин модели.В дополнение к описанию самих элементов в структуре хранится информа­ция о характере сопряжений этих элементов. Важно, что по имеющейся ин­формации о гранях модели можно выделить внешнюю и внутреннюю обла­сти пространства.МетодCSGна основе истории построенияление объемной геометрии--конструктивное представ­базируется на создании последовательнойструктуры данных, соответствующей применению логических операций кимеющимся объектам построения для получения нового. Полученная струк­тура данных формирует историю создания твердого тела, которая называетсядеревоCSG.К несомненным достоинствам данного метода следует отнестипростоту и компактность структуры данных, а также достаточно простое ре­дактирование параметров модели.

Недостатками данного метода являютсятрудности с получением информации о поверхностях, ребрах и сопряженияхмоделей.Как правило, системы твердотельного моделирования, основанные наСSG-представлении,обычно поддерживают и В-Rер-представление.Этукомбинацию назьmают гибридным представлением. Несмотря на некоторыесложности, вызванные необходимостью поддержания согласованности меж­ду двумя структурами данных, во многих случаях такое представление явля­ется оптимальным.Одним из наиболее существенных преимуществ автоматизированногопроектированияявляетсявозможностьмногократногоиспользованияпро­ектного опыта на основе параметрического моделирования. Согласно стати­стике, конструкторы больше времени тратят на внесение изменений в суще­ствующие детали, чем на создание новых. Проектировщик определяет опти­мальнуюкомпоновкупроектируемогоизделия,накладываятребуемыеограничения и определяя функциональную зависимость между различнымиразмерами.

Такое моделирование, называемое параметрическим, значительнорасширяет возможности конструктора при выборе и оценке оптимального25615. Автоматизированное проектирование металлоре;1,сущих станковварианта объекта проектирования. Изначально создается некая обобщеннаямодель изделия, которая затем служит основой для разработки различныхконструктивных решений. При этом исходные связи и соотношения могутбыть переопределены в зависимости от текущего состояния процесса проек­тирования.Существует множество видов параметризации, которые находят своеприменение в различных условиях проектно-конструкторской деятельности.В настоящее время широкое распространение получили табличная, геомет­рическая и вариационная параметризация.Табличная параметризация-упорядоченное множество параметров ти­повых деталей.

Каждый новый экземпляр определяется выбором из таблицыв соответствии с заданными условиями. Она находит широкое применениепри создании библиотек стандартных и типовых деталей.Геометрическая параметризация-когда геометрия объекта определя­ется набором определенных правил, связывающих элементы построения иопределяющих тем самым зависимость текущей модели от состояния «роди­тельских» элементов.Параметрическая модель, как правило, состоит из двух элементовструктивных ивспомогательных.Конструктивные элементы-кон­определяютконтуры эскиза, формируя тем самым законченное изображение объекта про­ектирования.

Вспомогательные элементы используются как инструменты по­строения и наложения различных взаимосвязей, но сами непосредственно необразуют эскиз. В современных системах используются как самые простыевзаимосвязи-касательность, перпендикулярность,так и более сложные-симметричностьи др.,кривые, определенные с помощью формул с различ­ными математическими функциями. Одни элементы построения могут зави­сеть от других элементов построения. При изменении одного из элементовмодели все зависящие от него элементы перестраиваются в соответствии сосвоими параметрами и способами их задания.Вариационная параметризация-когда элементы модели определен­ным образом взаимодействуют между собой по правилам, определяемымнабором уравнений.

При создании вариационной параметрической моделикроме обычных параметрических зависимостей определяются размеры объ­екта проектирования. Размеры изначально рассматриваются как перемен­ные, которые в данный момент характеризуются определенным числовымзначением. Зависимости между размерными переменными задаются в видеразличных формул.

При этом варьируемыми переменными могут быть какэлементы эскиза, так и значения параметров ЗD-операций. Вариационнаяпараметризация позволяет произвольно модифицировать объекты проекти­рования.Основной задачей САD-систем является формирование геометрическоймодели проектируемого изделия. В силу того что геометрическая модель яв­ляется базисом для построения соответствующих моделей в САЕ- и САМ-15.3. Пакеты програ.мм автоматизированного проектирования257системах, САD-системы можно считать одним из ключевых компонентовсредств автоматизации разработки и создания изделий.В общем случае САЕ называются программные средства для проведенияинженерных расчетов, моделирования рабочих процессов, прогнозированияработоспособности изделий, оптимизации конструктивных решений и др.Использование таких программ позволяет не только ускорить выполнениеработ и значительно сократить число ошибок, но и существенно уменьшитьстоимость проекта в результате замены дорогостоящего физического моде­лирования на математическое.Все объекты и явления окружающего мира непрерывно взаимодейству­ют между собой и, таким образом, результирующее движение исследуемогообъекта представляет собой суперпозицию множества факторов различнойприроды.

Учет всего множества этих факторов на практике не представля­ется возможным в силу их сложности в своем детальном определении. Спо­собом решения этой проблемы является выделение наиболее значимых фак­торов и исключения из рассмотрения второстепенных. Выделенные факто­ры представляют в виде математических соотношений, формирующих врезультате расчетную модель этого объекта. Расчетная модель должна до­статочно точно отражать характерные черты рассматриваемого объекта сучетом принятых допущений и одновременно быть сравнительно простойдля использования в исследованиях. В качестве инструмента анализа и ис­следования расчетныхмоделей выступают численные методы решениядифференциальных уравнений.В основе подобных программ лежат численные методы счета, такие какметод конечных разностей, метод конечных элементов (МКЭ), метод конеч­ных объемов, метод граничных элементов и др.

В инженерной практикенаибольшее распространение получил МКЭ. Возможности, предоставляемыеэтим методом, позволяют использовать его во многих областях инженерногоанализа-расчеты напряжений, деформаций, задачи теплообмена, движенияжидкостей и газов, расчеты электрических и магнитных полей и др.Основная идея МКЭ состоит в том, что исследуемую непрерывную об­ласть можно представить в виде модели, определенным образом разделеннойна конечные участки. Каждый из этих участков, которые называются конеч­ными элементами, имеет определенное количество характерных точек-уз­лов, с помощью которых он соединяется с соседними элементами.

Характеристики

Список файлов книги