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高速列车头部外形参数化CAD系统研究

王文涛  
【摘要】: 发展高速列车技术是当今我国铁路运输的重点,而列车头部外形流线化是改善其空气动力学性能的主要技术手段。为进一步提高我国高速列车研发、设计和制造水平,本文在曲面造型技术、参数化技术的理论基础上,在SolidWorks软件平台和Visual C++编程环境中利用COM组件技术开发出高速列车头部外形参数化CAD系统。 高速列车头部外形是形状复杂的空间曲面,对其进行合理的计算机模型表达是进行相关设计、性能分析与计算以及实现CAD/CAM的基础。本文对国内外高速列车气动外形设计及三维曲线曲面造型理论进行了大量研究,分析了高速列车头部外形曲面设计的原则和方法,并选择NURBS曲面造型技术构建流线化的曲面模型。 通过对参数化技术及机车车辆行业中CAD应用现状的分析,选用优秀的中端微机三维机械设计软件SolidWorks作为高速列车头部外形参数化CAD系统开发平台。基于对SolidWorks二次开发相关技术的深入研究,选择Viusal C++作为系统开发环境。 根据SolidWorks中NURBS曲线便于控制与修改的特点,在特定的水平剖面、横剖面和纵剖面上生成若干控制型线,构建高速列车头部外形基本轮廓的三维线框和光顺的NURBS曲面,实现驱动尺寸及特征属性值的参数化变量设置,建立高速列车头部外形曲面模型库。通过SolidWorks API接口实现DLL插件程序驱动,在人机交互对话框中输入任务书给定的外形轮廓控制参数后,系统调用曲面模型库内的相应模型自动生成外形曲面。 基于COM组件技术,在Visual C++中使用ATL和MFC类库进行开发获得的系统具有Windows应用程序风格的菜单、工具栏、形式多样的对话框、大量的信息提示和良好的容错处理机制,功能丰富,操作简单,易于掌握。在完成高速列车头部外形曲面参数化计算机辅助设计的基础上,可对曲面实施等距、加厚和提取任意剖面位置曲面型线的技术处理,可设计相关附属件边界、输出IGES格式文件,从而可以在其它CAD/CAE系统中进行后续的外形及板梁结构设计、强度分析、气动性能分析等工作。 系统在高速列车头部外形设计理论的基础上,结合我国机车车辆企业的研发及制造水平,可以大大降低列车外形及结构设计工程师的工作量,提高产品设计效率,缩短研发周期,具有一定的工程实用价值。


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