中波塔三維仿真及其研究

劉漢民

摘 要：三維仿真技術(shù)，是指應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，在電腦中生成逼真的虛擬環(huán)境。在當(dāng)今世界，科技開(kāi)發(fā)、制造業(yè)日益發(fā)達(dá)，三維仿真技術(shù)越來(lái)越多地滲入大型工業(yè)研發(fā)及生產(chǎn)過(guò)程，尤其是盛行的航天科技及海洋大型船舶制造行業(yè)，三維仿真技術(shù)發(fā)揮著它不可估量的作用。該文運(yùn)用三維仿真技術(shù)，對(duì)中波拉線式鐵塔及其附屬設(shè)備進(jìn)行仿真建模。在建?；A(chǔ)上對(duì)模型進(jìn)行研究，將其應(yīng)用于實(shí)際工作中，如計(jì)算鐵塔重量、天線區(qū)模擬演示等，更直觀全面。

關(guān)鍵詞：ProE 中波 拉線式 三維仿真

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）03（b）-0012-02

在目前的大型中波鐵塔研究生產(chǎn)及日常維護(hù)工作中，基本上是應(yīng)用平面CAD輔助軟件繪制，需要結(jié)合實(shí)物構(gòu)造對(duì)鐵塔進(jìn)行對(duì)照理解。應(yīng)用三維技術(shù)繪制鐵塔整體裝配并不多見(jiàn)。該文結(jié)合天線工作實(shí)踐，將該單位的600型、1000型中波拉線式鐵塔，利用三維仿真技術(shù)進(jìn)行3D繪制，在電腦虛擬環(huán)境中進(jìn)行裝配，直觀再現(xiàn)現(xiàn)實(shí)工作場(chǎng)景，加深了對(duì)中波拉線式鐵塔的研究，從而更好地指導(dǎo)天線業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)。

1 繪圖軟件

ProE軟件，是一款集CAD/CAM/CAE功能一體化的綜合性三維軟件，是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個(gè)參數(shù)化、基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)。操作界面簡(jiǎn)單，完全參數(shù)化的繪圖過(guò)程，使圖像繪制變得方便快捷。ProE軟件還具有各種分析功能，滿(mǎn)足各種運(yùn)算需求。該文接下來(lái)要涉及到的，就是利用其質(zhì)量計(jì)算功能進(jìn)行龐大的工程質(zhì)量計(jì)算。

2 拉線式鐵塔天線繪制工作

2.1 三維圖像展示

2.2 繪圖過(guò)程中碰到的問(wèn)題及其解決辦法

（1）當(dāng)零件過(guò)于復(fù)雜，繪制、修改幾十上百次時(shí)，一旦違反繪圖規(guī)則，由于ProE對(duì)某些違規(guī)操作的不可逆特性，將發(fā)生不可復(fù)原的損失。繪制復(fù)雜圖形，操作錯(cuò)誤在所難免，須定時(shí)對(duì)正在進(jìn)行且繪制正確的圖形文件進(jìn)行保存，以便ProE在發(fā)生不可逆錯(cuò)誤時(shí)，重新打開(kāi)文件，恢復(fù)到最后一次保存的操作正確的位置，避免從頭開(kāi)始繪制零件。

（2）該繪圖工作量巨大，當(dāng)繪制文件累積到幾百兆（單位Mb）以后，會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)、軟件及圖象文件結(jié)構(gòu)等原因，經(jīng)常導(dǎo)致軟件、文件崩潰，因此，須對(duì)工程項(xiàng)目及時(shí)備份。

（3）繪制時(shí)，如果圖像占據(jù)內(nèi)存過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行緩慢甚至系統(tǒng)崩潰，導(dǎo)致繪制工作停滯不前，該文采用了分步方法，將模型先分開(kāi)繪制，最后再進(jìn)行整體組合。

3 利用三維模型進(jìn)行研究學(xué)習(xí)

3.1 中波拉線式鐵塔質(zhì)量分析

該臺(tái)中波天線主體采用Q235B型號(hào)鋼材，利用ProE的質(zhì)量屬性功能，完成了對(duì)鐵塔主體及其拉線的質(zhì)量計(jì)算。

3.1.1 ProE軟件具體操作

如圖7所示，打開(kāi)600型發(fā)射塔的模型文件，在ProE軟件主菜單點(diǎn)擊“分析”按鈕，然后選擇“模型”->“質(zhì)量屬性”，調(diào)用質(zhì)量屬性模塊，如圖9所示。點(diǎn)擊“質(zhì)量屬性”頁(yè)面左下角眼鏡形狀的計(jì)算按鈕，顯示密度參數(shù)界面，如圖8所示，輸入鐵塔材料Q235B的密度 （7.850 000 0e-06kg/mm3），點(diǎn)擊確認(rèn)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)幾秒的處理時(shí)間，就可以得到600型鐵塔主體質(zhì)量約24.755t。

按照上述步驟，繼續(xù)使用ProE對(duì)其他模型進(jìn)行計(jì)算，1000型發(fā)射鐵塔主體質(zhì)量約59.277t，反射鐵塔主體質(zhì)量約46.727t。1000型鐵塔第一層拉線質(zhì)量約1 986.262kg，第二層拉線質(zhì)量約2 460.881kg，第三層拉線質(zhì)量約3 745.438kg，第四層拉線質(zhì)量約4 466.58kg；600型鐵塔第一層拉線質(zhì)量約1 669.514kg，第二層拉線質(zhì)量約2 404.659kg。

3.1.2 注意事項(xiàng)

拉線中的鋼絲繩、桶形絕緣子密度與Q235B不同，需在密度參數(shù)界面輸入對(duì)應(yīng)密度。桶形絕緣子密度為3.578 150 0e-06kg/mm3。鋼絲繩由于其由多種材質(zhì)組成，包含鋼絲、麻心、浸油等組成，密度分布不均，因此采用了取1m長(zhǎng)的鋼絲繩，通過(guò)計(jì)算其質(zhì)量與體積的比值得到其平均密度為4.856 000 0e-06kg/mm3。鐵塔拉線采用了三種不同線徑的鋼絲繩，通過(guò)計(jì)算，平均密度基本相同。當(dāng)然，由于模型與實(shí)際鐵塔不完全一樣，如鐵塔的焊接部分在模型中無(wú)法體現(xiàn)、鐵塔拉線拉緊后油溢出，風(fēng)吹日曬，質(zhì)量都會(huì)與實(shí)際有所差別。

通過(guò)使用ProE軟件的質(zhì)量計(jì)算功能而得知，模型與現(xiàn)實(shí)真實(shí)對(duì)象尺寸一樣，輸入材料密度，就能夠快速得到整體模型的質(zhì)量。比人工按件計(jì)算快很多，甚至在特定環(huán)境下人工無(wú)法完成的計(jì)算，計(jì)算機(jī)軟件也能快速完成。

3.2 中波拉線式鐵塔天線區(qū)仿真

建立天線區(qū)仿真環(huán)境，有利于加深對(duì)中波天線的學(xué)習(xí)，熟悉崗位環(huán)境，有利于天線工作的開(kāi)展。該文應(yīng)用3DS Max軟件，以第一人稱(chēng)視野瀏覽虛擬天線區(qū)。

3.2.1 仿真環(huán)境建立

3DS Max是三維動(dòng)畫(huà)渲染和制作軟件，主要應(yīng)用于建筑、影視、游戲、動(dòng)畫(huà)制作方面。3DS Max可以繪制仿真現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的天空、白云、樹(shù)木、草、山水等各種模型，也可以在場(chǎng)景中布置攝像機(jī)，給攝像機(jī)指定運(yùn)動(dòng)軌跡，在攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，借助攝像機(jī)的拍攝視野，就可以達(dá)到以第一人稱(chēng)視角瀏覽天線區(qū)的目的。

3.2.2 具體實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵問(wèn)題及仿真效果

要實(shí)現(xiàn)天線區(qū)的仿真環(huán)境，首先關(guān)鍵要實(shí)現(xiàn)ProE繪制的三維圖像轉(zhuǎn)換成3DS Max可以識(shí)別的格式。點(diǎn)擊ProE軟件主菜單“文件”->“保存副本”，選擇保存類(lèi)型為“*.igs”進(jìn)行保存。然后在3DS Max軟件主菜單點(diǎn)擊“文件”->“導(dǎo)入”，選擇文件類(lèi)型為“IGES（*.IGE，*.IGS，*.IGES）”，即可完成圖像文件轉(zhuǎn)化。

完成圖像文件的轉(zhuǎn)換后，即可在3DS Max環(huán)境中布置天線區(qū)場(chǎng)景，架設(shè)攝像機(jī)，設(shè)置運(yùn)動(dòng)軌跡等操作，該文不再繼續(xù)詳述，將建立的仿真環(huán)境進(jìn)行展示，圖10為攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)拍攝中的天饋線截圖，圖11為攝像機(jī)移動(dòng)到天線區(qū)時(shí)拍攝的截圖。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)應(yīng)用ProE、3DS Max軟件進(jìn)行大量的繪圖、仿真工作，并應(yīng)用其對(duì)中波鐵塔天線進(jìn)行分析，使我們更深入了解自身廣播設(shè)備的性能，更深層次地體會(huì)了三維仿真技術(shù)給我們的工作帶來(lái)的便捷和高效性，在今后的工作，將更多地應(yīng)用電腦技術(shù)為廣播事業(yè)貢獻(xiàn)力量。

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