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譯文：基于工程數(shù)據(jù)庫的起重機結構計算機輔助設計摘要根據(jù)大型復雜結構機械 CAD/CAM 專業(yè)，根據(jù)起重機的結構工程數(shù)據(jù)庫的 CAD / CAM 系統(tǒng)是本文提出的?；谧皂斚蛳碌膶哟谓Y構，特征技術，裝配約束關系，自下而上的裝配工藝和向下到頂部尺寸約束關系，建立了一個三維參數(shù)化模型族的計算機輔助設計平臺，允許生成可行的配置的起重機結構。一個總結的 GUI 和 ANSYS 的 APDL 圖案的背景知識，起重機的有限元模型是基于組合模式的建立。實現(xiàn)了有限元模型的同步更新和分析。在系統(tǒng)中構建了 2 種工程數(shù)據(jù)庫。一個是參數(shù)化的數(shù)據(jù)庫，包含了各種參數(shù)化的零件和部件，常用于起重機結構。另一種是針對每一個單獨的起重機而設計的，其中包括用于起重機結構的所有部件和部件，其中參數(shù)化的變量被確定的值所代替。以后可以用來創(chuàng)建 BOM，建立有限元模型，安排零件在數(shù)控切割鋼板，焊接和制造工藝裝置設計。微軟 SQL 服務器選擇構建數(shù)據(jù)庫和 CAD／CAM 集成是使用 MS VC++ 6和 Pro/TOOLKIT 實現(xiàn)。關鍵詞計算機輔助設計/凸輪，結構，起重機，工程數(shù)據(jù)庫，三維設計1。在過去的幾十年里，國際貿(mào)易迅速增長，這依賴于世界物流的運輸鏈。深水港的能力，迅速處理和分發(fā)大量的集裝箱和貨物，這是在在物流鏈中不斷發(fā)揮關鍵作用。現(xiàn)在世界上幾乎所有的港口都在忙著擴張。港口起重機在最近幾年迅速增長。港口起重機是非常大的，復雜的機器，越來越大，更自動化，更高的速度，以滿足巨大的船舶和大量的負載和卸載。與一般的機器相比，它具有一個獨特的組成部分，它是一個巨大且復雜的結構。起重機結構的計算機輔助設計/凸輪機構的特點是：起重機的結構型式和設計參數(shù)，滿足各種不同的自然、環(huán)境和運行條件的設計參數(shù)。結構由幾個部件組成。每一個部件都是由焊接而成的。雖然很多零件都是矩形板，但它們的厚度可以隨構件的變化而不斷變化，以減輕重量，同時保持足夠的強度。此外，有大量的結構細節(jié)，讓組件支持外部負載。因此，該組件是非常復雜的。C）的結構設計應符合強度、穩(wěn)定性等要求，補償?shù)臉藴屎鸵?guī)范，累積損傷和振動頻率等。因此有必要對結構進行有限元分析。由于結構非常大，復雜，任何有限元軟件包的商業(yè)計算機輔助設計軟件是不夠的，以處理復雜結構的起重機。起重機結構凸輪的技術比較簡單。特別是數(shù)控切割和自動焊接在大多數(shù)工廠都有廣泛的應用。本文提出了起重機結構的計算機輔助設計/計算機輔助設計。它主要是基于程序的計算機與參數(shù)化三維建模技術、有限元分析、工程數(shù)據(jù)庫技術、Pro/E、ANSYS、MS Visual C++和微軟 SQL Server。該系統(tǒng)包括建立起重機械三維參數(shù)化模型族的計算機輔助設計平臺，建立有限元模型，二次開發(fā)的三維參數(shù)化模型，同步更新和有限元分析，參數(shù)化和若干模型的構造和收集信息，組件和起重機的應用和供應平臺。2。為了支持起重機設計的計算機輔助設計平臺，設計了起重機的三維參數(shù)化模型，為每個家庭成員提供了一種可行的起重機、部件和部件的配置，然后將它們縮放到期望的尺寸。港口集裝箱起重機計算機輔助設計模型平臺的框架，為港口集裝箱起重機提供支持功能：2.1。分解成零部件和零部件的基礎上的自頂向下的層次結構的產(chǎn)品結構，能夠方便的設計任務的開發(fā)團隊的成員，一個起重機的設計必須以某種方式結構化。著名的層次結構的產(chǎn)品結構是用于此。起重機由若干部件組成。每個組件可以包含若干子或一部分。第一種類型的組件被稱為復合組件（在下面的文本，我們只稱之為組件） ，第二類是一個單一的組件（我們稱之為下面的一部分）。該產(chǎn)品結構以這種方式持續(xù)下去，直到所有的組件在層次結構中的最低水平。因此，產(chǎn)品是結構化的自上而下的方式，創(chuàng)造盡可能多的層次，如所需的設計師。圖 1 顯示了一個簡化的集裝箱起重機的層次結構。2.2。構建了基于特征技術特征技術的 CAD 軟件平臺如 Pro/Engineer 提供的三維零件模型、SolidWorks 等包括：a）草案的特點，基本幾何特征繪制截面拉伸，旋轉(zhuǎn)或掃描；b）附件的功能被添加到基本特征包括孔、圓角、塌角等。根據(jù)上述特征技術，生成集裝箱起重機零件的三維模型。2.3。指定組件的空間約束關系，以創(chuàng)建產(chǎn)品種類的組件和組件之間的空間關系，在產(chǎn)品族中的代表使用裝配約束關系。在計算機輔助設計軟件的裝配模塊中，如支持/工程、裝配等約束關系，如匹配、對準、插入和切向等。在這里，根據(jù)起重機的層次結構，零部件和組件之間的關系是建立使用裝配約束提供的專業(yè)/工程師。圖 2 表示門戶框架中的組件之間的裝配約束關系。2.4。為了使零件、零部件和起重機的設計參數(shù)發(fā)生改變時，為了使零件、部件和起重機的新的三維模型發(fā)生改變，從而建立起到頂部尺寸約束關系，從而建立零件或部件的設計參數(shù)。設計參數(shù)由設計人員根據(jù)零件或部件的結構設計。尺寸變量，這是自動生成時，三維模型的零件或組件，控制真正的幾何尺寸和拓撲關系的一部分或一個組件。因此，為了使設計參數(shù)發(fā)生變化時，零件、部件或吊車的精確的新模型得到改變，應準確構造設計參數(shù)和尺寸變量之間的關系。商業(yè)計算機輔助設計軟件，如專業(yè)/工程師提供的功能，建立設計參數(shù)和設計參數(shù)和尺寸變量之間的關系。必須指出的是，每一部分都將被用來組成一個組件。所有的引用而不是對部分實體將失效，必須重新開業(yè)。因此，重要的是要設置所有的參數(shù)的模型的一部分。2.5。部件或產(chǎn)品的裝配約束關系的基礎上，根據(jù)起重機的層次結構模型自下而上的方式產(chǎn)生的，一個設計師能盡快的任務已經(jīng)分配給他開始建立零件三維模型。另一方面，三維建模組件設計器所獲分配只能在其子組件和零件已創(chuàng)建啟動。因此，實際的建模活動是自下而上的過程，從層次結構的產(chǎn)品結構的葉子開始。根據(jù)起重機的層次結構和組件和零件之間的裝配約束關系，生成了零件的三維模型。對零件模型的參數(shù)進行評估，并在組裝前進行修改一個組件。如果有必要修改部分后，它已被組裝，應刪除部分和一個新的模型的部分進行評估，以適當?shù)膬r值和被組裝。所有的設計參數(shù)必須在部件或組件的模型上設置。無設計參數(shù)是在系統(tǒng)中的起重機裝配模型上設置，以避免在任何參數(shù)發(fā)生改變后，在整個起重機模型再生故障。圖 3 顯示了基于組件和零件之間的約束關系的繁榮的三維裝配模型。圖 4 和圖 5 基于裝配約束關系的子組件和零件之間不同的門戶框架顯示 3D 模型。3。有限元分析中的有限元分析模型的生成，數(shù)學模型應盡可能準確地模擬真實物體、載荷和約束條件，得到可靠的結果。在整個起重機結構上，應進行有限元分析。由于結構非常大，復雜，任何有限元軟件包的商業(yè)計算機輔助設計軟件是不夠的，以滿足任務。ANSYS 是選中是因為其強大的分析功能。同樣的道理，在 ANSYS 中不能采用板單元。Beam188 單元的建立起重機有限元模型。在 ANSYS 中，兩種建模模式提供了建立有限元模型，即人機交互模式也叫 GUI模式和命令流輸入模式也被稱為 APDL 模式。雙模式也有優(yōu)點和缺點，這是在參考文獻中描述。一個總結的 GUI 和 ANSYS 的 APDL 圖案的背景知識，起重機的有限元模型是基于組合模式的建立。首先，對起重機有限元模型可以通過 ANSYS的 GUI 模式構建。第二，CAE 分析起重機進行相應的日志文件也產(chǎn)生。日志文件可以通過使用 ANSYS APDL 參數(shù)化設計語言所提供的一些變化后，已在部分修訂，組件或起重機。該起重機包括生成模型的 APDL，載荷和約束的施加，建立了有限元求解、后處理。生成的模型由參數(shù)定義、節(jié)點/單元/節(jié)建立有限元分析模型等新的起重機是通過運行 APDL 文件構造。實現(xiàn)了有限元模型的同步更新和分析。參見圖6 和 7 的有限元模型和應力分析圖的起重機結構。4。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是為了管理起重機的設計與制造的所有信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，由計算機輔助設計/凸輪集成系統(tǒng)的各個模塊共享，使程序獨立于數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的完整性和安全性，必須采用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。在流行的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)微機如FoxPro、Visual Foxpro、SQL Server 等，微軟 SQL Server 2000 是最后的選擇。4.1。為了 GDB 和深發(fā)展加快設計，提高設計質(zhì)量，減少重復工作，兩種數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)設計。一個被稱為通用數(shù)據(jù)庫（GDB） 。其他特殊的數(shù)據(jù)庫（SDB）個人起重機。GDB 是一個參數(shù)化的數(shù)據(jù)庫，包括各種參數(shù)化零件和常用的起重機結構組成。部件和組件被存儲在多個分支和層次，作為一個樹結構。雖然有可能是大量的矩形板的一個組成部分，例如，在繁榮，在梁，…只有一個參數(shù)化的矩形板在每一個分支，以減少冗余。GDB 可以被所有設計師的公司參觀。當一個設計師給設計的一個組成部分，他可以先搜索 gdb 的相應部門利用現(xiàn)有的參數(shù)化零部件和組件的三維模型構建。同時，信息的零件和部件的使用記錄在 SDB。他可以修改在 GDB 的零部件如果他們稍有不同，從什么是需要的。他甚至可以創(chuàng)建一個新的參數(shù)化零件和組件并將它們保存到 GDB 的機關批準。SDB 是專為每一個個體的起重機和包含所有零部件用于起重機結構。它們也存儲在一個樹結構中。不同于 GDB，每一部分都有相應的記錄，在深發(fā)展。參數(shù)化變量被確定值替換。隨著這些，代碼，名稱，存儲位置，位置，材料，重量，重心，制造等參數(shù)的參數(shù)。一些數(shù)據(jù)，例如重量的一部分，計算的一部分已被縮放。SDB 可以用來創(chuàng)建 BOM，建立有限元模型，安排零件在數(shù)控切割鋼板，焊接和制造工藝裝置設計。4.2。數(shù)據(jù)庫結構與數(shù)據(jù)庫的使用，一些一般性的問題將被解決：數(shù)據(jù)完整性：在一個文件系統(tǒng)中，設計師誰保存的文件的變化，然后刪除由設計師誰保存的文件之后。但同時，采用數(shù)據(jù)庫的交易機制，在同一時間，一個計算機輔助設計模型不能同時進行修改。直接關系：模型的數(shù)據(jù)實體的直接關系，三維模型之間的技術依賴關系可以很容易地發(fā)現(xiàn)。直接關系給設計者一個提示，在模型的改變之后，模型也必須改變。中心數(shù)據(jù)管理：數(shù)據(jù)中心庫提供備份和版本控制的幾個優(yōu)點。數(shù)據(jù)聚類：數(shù)據(jù)的聚類速度的數(shù)據(jù)訪問，因為每個設計師可以得到所需的信息，在他的本地 PC。這是非常重要的分布式和協(xié)同設計項目。我們已經(jīng)使用了實體關系（二）模型，這是一個流行的高層次的概念數(shù)據(jù)模型，設計數(shù)據(jù)庫。這種模式及其變化經(jīng)常被用于數(shù)據(jù)庫應用程序的概念設計，和許多數(shù)據(jù)庫設計工具采用其概念。二型模型描述數(shù)據(jù)的實體，關系和屬性。二型代表是一個實體，它是現(xiàn)實世界中的一個獨立存在的基本對象。每個實體都有屬性，即描述它的特定屬性。一個特定的實體將有一個值的每個屬性。描述每個實體的屬性值成為存儲在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的一個重要部分。一個關系型 R 在n 個實體類型 E1，E2…恩定義的關聯(lián)或關系集從這些類型的實體之間的。實體類型和實體集的關系類型及其對應關系設置統(tǒng)稱同名的 R.根據(jù)起重機的層次結構，數(shù)據(jù)庫具有實體。每一部分，組件和起重機可以被表示為一個實體，它具有設計參數(shù)描述的屬性。在起重機產(chǎn)品零部件之間的空間關系表示為關系集 R 的數(shù)據(jù)庫采用微軟 SQL Server 和組件對象模型（COM） 。5。CAD／CAM 集成的基于 Visual C++和 SQL Server 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)作為管理工程數(shù)據(jù)庫和 Pro/ENGINEER 用于建立三維模型，采用 Visual C++作為編程語言構建計算機輔助設計/凸輪的整體系統(tǒng)。第一個原因是 Visual C++是一個可以訪問 SQL 數(shù)據(jù)庫語言。其次，當我們設置 GDB 必須訪問數(shù)據(jù)庫以及訪問的三維模型，利用 Pro/TOOLKIT，這是第二利用 Pro/ENGINEER 提供的軟件包。當我們處理的是深發(fā)展，我們也需要訪問數(shù)據(jù)庫和參數(shù)化模型的同時，做一些修改。Visual C++是強大的編譯程序能訪問 Pro/Engineer 和 SQL Server 2000 的同時，實現(xiàn)它們之間的數(shù)據(jù)通信。第三、Visual C++是一種面向?qū)ο蟮木幊誊浖性S多優(yōu)點。6。本文介紹了基于工程數(shù)據(jù)庫的集裝箱起重機結構計算機輔助設計/凸輪一體化系統(tǒng)的設計?；谧陨隙碌膶哟位漠a(chǎn)品結構、特征技術、裝配約束關系，利用 Pro/ENGINEER 提供的自底向上的裝配工藝和尺寸關系到頂部，一個三維參數(shù)化模型的 CAD 平臺的建立是為了讓家庭的起重機的可行的配置生成。一個總結的 GUI 和 ANSYS 軟件 APDL 圖案的背景知識，基于復合模式建立了該橋的有限元模型。實現(xiàn)了有限元模型的同步更新和分析。利用微軟 SQL Server 2000，兩種數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)與 CAD/CAM 集成系統(tǒng)的各個模塊進行設計。數(shù)據(jù)共享整個系統(tǒng)。以 Visual C++的幫助下，實現(xiàn)了 CAD／CAM 的集成開發(fā)方法。該系統(tǒng)可以大大提高港口集裝箱起重機結構設計效率和開發(fā)凸輪機械結構復雜的大型結構的應用提供一個平臺。致謝本文受上海市重點學科建設項目，資助號：T0601。引用Chandrupatla, T., and Belegundu, A., (1991), "Introduction to Finite Elements in Engineering", Prentice Hall. 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