水利水电行业中应用维设计的探讨.doc

摘要：计算机辅助设计(CAD)技术显著的成就就是三维设计技术的迅速发展以及由此带来的设计理念的更新与变革。本文阐述三维设计的重要性、发展历程及方向；比较目前国内外流行的几种三维设计软件功能上的特点与差异；对复杂工程进行三维建模与有限元分析，以双层取水口为例，介绍CATIA软件在工程三维设计中的应用；实现CATIA与ANSYS的联合使用以及三维设计二维出图。三维设计已影响到各行业，将成熟技术引入到水利水电行业中是可行的。 　　关键词：水工结构；三维设计；CATIA软件；双层取水口；有限元 　　工程图是工程用来交流的语言，人在设计时的原始冲动是三维的，是有颜色、形状、材料、尺寸、位置、复杂运动关系等关联概念的三维实体，只有三维设计才能完成思维过程与设计过程的统一，才是真正意义上的CAD。 　　二维CAD代替了丁字尺圆规图板，随着数字化的发展，设计有可能真正从三维开始，实现无纸化设计与办公。 　　三维设计是工程设计的必然趋势，三维技术在机械、电子、航空、航天以及建筑等部门得到广泛的应用。把三维设计应用到水利工程上，可以实现真正意义上的工程方案优化及多方案的比较，对于提高工程的技术指标和品质、降低工程造价、缩短设计周期、提高设计质量均可以起到重要作用。 　　集成化、智能化、可视化、网络化、并行化是三维设计的发展方向幢。应努力实现远程协助设计、自动协同设计、集成协同设计，充分体现设计的团体性、交互性、协作性，建立跨学科的、以人际合作关系为基础、协同工作、合作设计的新格局。 　　1三维设计的意义　　1．1三维设计的必要性三维设计能准确地表达技术人员的设计意图，更符合人们的思维方式和设计习惯；能组建进行有限元分析的原始数据，从而进行几何形状的优化设计，并实现CAD，CAE／CAPP／CAM的集成；能够通过着色和渲染功能得到设计方案的三维效果图，使得设计人员和决策人员能全面准确地了解其外观，有助于设计的决策，缩短周期，加快产品开发；能够分析产品的动态特性，对工程项目的成本进行预算；三维设计是实现设计、制造一体化的基础，为工程设计带来巨大的变革，把设计推上前所未有的高度。 　　1．2三维设计与二维设计三维设计之所以能迅速成为CAD技术的主流，是因为它有许多传统的平面二维设计所无法比拟的优越性，表1对二维、三维设计从性能、效率等诸多方面进行了比较，三维设计显示了其对结构描述更加真实、更准确更全面的强大优势，克服了二维设计中可想而不可见的缺点，是技术进步的必然趋势。 　　2三维设计的软件环境目前国外流行的三维设计软件很多，根据产品的性能及应用领域的不同大致分类如下：　　(1)用于三维渲染绘图设计，如3DMAX、MAYA、Rhino、Sogtimage 3D、Lightwave、Bryce 3D等；(2)着重于三维建模功能，如Auto CAD、Solid Works、Solid Edge、MDT、Master CAM等；(3)大型集成化系统，它不但兼有CAD／CAE软件之长，还集成有CAE、CAPP、PDM等分析、工艺、产品资料管理的功能，这类软件以CATIA、UG、Pw／E、I-DEAS为代表，还包括Autodesk Inventor、Cimatron、PDS、PDMS、PLANTSPACE等。　　国产软件有北航海尔三维电子图板CAXA、高华CAD、开目CAD、广州金银花Imnicem等。　　下面对市场上较有影响力的CAD／CAM软件特点进行评价，并说明它们在水利电力行业中的应用情况。 　　2．1 CATIA软件CATIA是法国Dassault公司发展的一套完整的高档3D CAD／CAM／CAE一体化软件。支持复杂曲面造型和复杂装配。零件间的接触自动地对连接进行定义，加快了装配件的设计进度。CATIA与ANSYS之间有非常好的接口。CATIA的零件可直接转化为ANSYS可以兼容的模型，为复杂有限元分析提供了较好的平台。 　　CATIA软件是加拿大QUEBEC电力公司于2003年提供Mercier水电站设计时、对各种三维设计软件提供商进行测试后决定广泛采用的。该电力公司目前已成功将CATIA应用于地质重构、大坝设计、厂房设计和机电设备安装等，且已建立水电站三维设计的标准环境。 　　2．2 UGUG是高中挡软件的杰出代表，功能模块齐全，是Unigraphics Solutions公司的拳头产品。优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表面功能结合在一起。UG一个最大的特点就是混合建模，在一个模型中允许存在无相关性特征，可以局部参数化曲面造型。在曲面造型、数控加工方面是强项，但在分析方面较为薄弱。UG软件中的UG／Routing模块使得管道、管系、导管、水道和钢结构等走线应用的装配件建立更加方便快捷，在水利、石油、化工及