屈英前 王尚武 劉紅倩 袁志敏 白曉峰
摘 要 參數化設計技術已成為產品設計過程中一種最重要的設計方法?;赨G WAVE技術的參數化設計方法對堆內構件進行了參數化設計。參數化設計可及時為其他相關專業(yè)提供模型,更能方便、快捷地更新模型。并且支持并行設計,可實現(xiàn)網絡協(xié)同設計,基于此可建立設計平臺,把熱工水力計算、力學計算、流場分析等融為一體,以提高設計效率,加快產品的設計。
關鍵詞 參數化設計;UG WAVE;堆內構件
引言
早期的CAD系統(tǒng)是先繪制出圖形,然后通過人際交互進行尺寸標注,其缺點主要表現(xiàn)在[1]:①不支持草圖設計;②不能支持全部設計過程;③缺乏對產品內部不同組件關系的表示;④信息表達不完整,在不同的設計階段表現(xiàn)出不同的設計屬性;另一方面,這些數據信息又表現(xiàn)出多樣性;⑤不能進行變動和系列化設計。參數化設計正是針對這些不足應運而生的。目前,參數化設計已成為CAD中最熱門的應用技術之一,能否實現(xiàn)參數化設計也稱為評價CAD系統(tǒng)優(yōu)劣的重要技術指標,這是因為它更符合和貼近現(xiàn)代CAD中概念設計以及并行設計思想。
本文介紹了參數化設計技術及其在UG軟件中的實現(xiàn)方式,闡述了基于UG WAVE技術的參數化設計方法,并進行了堆內構件的參數化設計。
1參數化設計方法
參數化是指將設計要求、設計原則、設計方法和設計結果用靈活可變的參數來表示,以便在人際交互的過程中根據實際情況隨時加以更改。參數化設計與傳統(tǒng)方法最大的不同在于它存儲了設計的整個過程,設計人員的任何修改都能快速反應到幾何模型上,并且能設計出一族形狀相似而不是單一的產品模型。
2UG參數化設計的實現(xiàn)方法
2.1 系統(tǒng)參數與尺寸約束
UG NX具有完善的系統(tǒng)參數自動提取功能,它能在草圖設計時,將輸入的尺寸約束作為特征參數保存起來,并且在此后的設計中進行可視化修改,從而達到最直接的參數驅動建模的目的。UG的尺寸約束的特點就是將形狀與尺寸聯(lián)合起來考慮,通過尺寸約束實現(xiàn)對幾何形狀的控制。設計時必須以完整的尺寸參考為出發(fā)點(全約束),不能漏注尺寸或多尺寸。
2.2 使用表達式驅動圖形
表達式是UG NX中參數化設計的一個重要的工具,在零件的參數化設計中起著很重要作用。使用表達式可以定義和控制零件的尺寸參數,通過建立算術和條件表達式可以控制一個零件之間的尺寸和位置關系,也可以控制幾個草圖之間的相互關系的設計,使之產生相關項。使用表達式很容易對零件進行修改,也容易實現(xiàn)零件的系列化設計。
2.3 利用電子表格驅動圖形
UG的電子表格(Spreadsheet)提供了一個Microsoft Excel與UG間的智能接口。在建模應用模塊中,UG電子表格式是較為高級的表達式編輯器,可以將參數信息從部件提取到Excel中,在更新部件前可進行手工處理。事實上,表格驅動的界面及內部函數為相關的參數化設計提供了方便而有力的工具。
2.4 基于Wave的自頂向下裝配設計
從設計人員的思維角度來說,設計是一個不斷細化求解、從全局到局部的過程,這是一種稱為“Top-Down”的自頂向下的設計過程。
本文使用表達式結合WAVE技術來實現(xiàn)參數化設計,其優(yōu)點在于:可利用WAVE的更新機制,通過修改總體參數進行可控制的更新;其參數化設計及控制結構支持并行設計,各零部件細節(jié)設計可同時展開,相互不影響;控制結構的建立有利于產品設計的管理與控制。
3堆內構件參數化設計
3.1 建立堆內構件的控制結構和裝配結構,抽取總體參數
①抽取總體參數。堆內構件的總體參數是指堆芯幾何尺寸(堆芯當量半徑、堆芯活性段高度)、吊籃筒體內外徑等,根據這些參數來開展堆內構件的設計??紤]整個堆內構件控制結構時,以堆芯為中心,在徑向、軸向和周向三個方向上分別確定各設備、部件之間的約束和重要數值,從而確定出堆內構件的總體參數。將抽取的總體參數輸入到UG表達式里。②劃分堆內構件主要的子系統(tǒng)。堆內構件的子系統(tǒng)主要包括可拆接頭組件、壓緊彈簧組件、壓緊組件和吊籃組件等。為了簡化控制結構,4個主要的子系統(tǒng)(設備)下不再分成較小的子系統(tǒng)。③建立堆內構件控制結構圖。建立三個絕對基準面和三個絕對基準軸。其中+ZC指向上,為堆芯中心線;XC和YC面為絕對基準面,即堆芯活性段上端面。同時建立所需要的徑向、軸向和周向參考面,如壓緊筒體內徑參考面、吊籃內徑參考面等。
3.2 建立起始部件和鏈接部件
根據堆內構件的子系統(tǒng)劃分和各子系統(tǒng)中的主要零部件,建立起始部件和鏈接部件。建立起始部件時,選擇相應的基準面、基準軸和參考面,將控制結構中的參數傳遞給起始部件,使其含有重要的位置、幾何信息,通過引用集的方式傳遞給鏈接部件,也就是實際的零部件。對于鏈接部件,使用參數化的特征建模技術完成部件的細節(jié)設計,期間依然可以引用已定義的總體參數。
3.3 堆內構件三維模型裝配
利用自頂向下裝配建模的方法,完成各級系統(tǒng)的裝配工作。因為兩部件中已經含有了位置信息,因此在裝配時使用絕對坐標,不使用配對關系進行定位。在裝配時,只需裝配鏈接部件。
3.4 設計評估及模型更新
整個堆內構件裝配完成后,可以計算堆內構件的重量、重心等物理屬性。利用堆內構件的實體模型,開展力學計算、流場分析、虛擬制造、虛擬安裝/拆卸、虛擬維修等方面的工作。
當堆內構件模型評估結果與設計要求不符時,需要更改模型。此時只需修改頂級總體參數,利用WAVE的更新機制,進行可控制的更新,包括實時更新、局部更新,預測總體參數變更影響到哪些零部件。
4結束語
基于UG WAVE技術的參數化設計方法可及時為其他相關專業(yè)提供模型,方便、快捷地更新模型。并且支持并行設計,可實現(xiàn)網絡協(xié)同設計,基于此可建立設計平臺,把熱工水力計算、力學計算、流場分析等融為一體,可提高設計效率,加快產品的設計。
參考文獻
[1] 董玉德,譚建榮,趙韓.基于約束參數化的設計技術研究現(xiàn)狀分析[J].中國圖像圖形學報,2002(6):532-537.