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新型换热设备三维造型技术研究与应用

钱亚东  
【摘要】: CAD是20世纪最杰出的工程技术成果之一,是用高新技术改造传统产业、加快国民经济发展的一项关键新技术。而换热设备在民用、工业、国防等部门有着广泛的应用,开发高效换热设备对国民经济建设具有重要意义。新型高效节能换热设备系我校“热能工程中心”专利产品,为加快该成果的推广步伐,“中心”曾自主开发了HECAD软件系统(HECAD是集新型换热设备工艺、机械、零部件及总装图的一体化二维CAD系统)。目前二维CAD绘图软件的使用已相当普遍,但二维图形表示三维物体存在许多局限性。随着计算机三维图形学技术的发展,建立的实体模型能够更直观、全面地反映设计意图,并且在此基础上还可以进行装配、干涉检查、有限元分析、运动分析等高级计算机辅助设计工作。 本文研究课题来源于省重大科技攻关项目“重大过程装备智能化CAD/CAE集成技术的研究与开发”,三维造型是其关键技术之一,它是工程设计的重要环节,贯穿了工程设计的核心信息,而信息的完备性、抽象性和可操作性对于CIMS的信息集成具有决定性的影响。原有HECAD是基于二维的CAD系统,三维零部件及结构的表现采用不同方向投影视图表示,但对于复杂情况,如折流栅装置要清楚地描述是困难的;在制造及装配过程中,由于新型结构与传统挡板结构不同,常给制造装配带来不便,如能对动态装配过程进行三维模拟,不仅能够解决现有问题,而且还能为制定其它新型结构的装配顺序提供有效手段;此外,在研究开发高效节能换热设备,进行结构改进和优化时的有限元分析及设备内流场、温度场的数值模拟分析更是离不开三维建模。基于上述情况,本文研究开发了新型换热设备的三维造型系统。 郑州大学硕士学位论文 第11页 在对CAD技术、计算机图形学、三维造型方法、开发环境、数 据库技术等进行综述分析的基础上,本文着重对以下几方面内容作了 研究及实践: l)CAD三维造型技术经历了线框造型、曲面造型、实体造型、参数 化造型及变量化造型技术等五个阶段,不同阶段的技术在具体软 件产品中往往是并存的,而非排它的。参数化造型方法注重于几 何图形元素的邻域,使用约束来定义和修改几何模型,适合于己 完全特性化的设计问题。因为新型换热设备专用零部件己经规格 化、系列化,其它常用零部件更有相关手册、国标作为依据,所 以本文采用了参数化实体造型方法。 2)在开发环境及工具方面考虑到 AUt。CAD的简易性和国内的普及程 度,更重要的是考虑到与“中心”在国家九五项目中己完成的大 型软件系统HECAD的兼容性和继承性(HECAD是在AUt。CAD提供 的ADSRX开发工具和Visual VC什5.0的集成设计环境下开发完成 的入 本文选择AulOCAD。3DS MAX为平台,ObjCCtARX 2000 和Visual C,,-6刀为开发工具进行三维系统的开发。AutoCAD系统 在三维造型方面提供的实体(SOLID)具有体的特征,能够较全面 地反映形体的物理特性,利用实体造型技术不仅可以生成所需要 的零部件模型,而且还能够对形体进行剖切生成剖视图,以及进 行体积、重心和惯性矩等物性计算和分析。objectARX支持MFC 二 基本类库,而mC类库的强大功能给编程带来很大方便。 3)三维造型系统的数据相当复杂,涉及到工艺设计、机械强度、三 维几何参数等方面的内容,其数据类型包括图形、文件等不同形 式,因此,信息处理和管理一直是三维造型系统必需面对的难题。 在objectARX开发工具中,本文使用了作为内嵌的扩展工程数据 库管理系统(EDBMS具有强大的图形处理能力),同时又结合利 用了外部关系型数据库系统(Visual FoxPro)。 2 郑州大学硕士学位论文 第* 页 本文通过对三维造型关键技术的深入研究及具体实践,首次完成 了新型换热设备的三维造型系统: 1)该系统零部件三维实体造型包括筒体、管箱、封头、膨胀节、 管板、接管、斜截弯管、变径段、支座及折流栅装置等造型子 模块,在造型中用数据库技术首次实现了二维工程图与三维模 型的相关联。 2)该系统动态装配模拟不仅包括典型部件(如折流栅装置),还包 括了用于电力工业热力系统及化工、化肥、炼油热力系统的疏 水加热器、冷凝器、主热交换器等九种类型的换热设备的装配 模拟。


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