基于工程数据库的起重机结构计算机辅助设计-中文翻译

译文：基于工程数据库的起重机结构计算机辅助设计摘要根据大型复杂结构机械 CAD/CAM 专业，根据起重机的结构工程数据库的 CAD / CAM 系统是本文提出的。基于自顶向下的层次结构，特征技术，装配约束关系，自下而上的装配工艺和向下到顶部尺寸约束关系，建立了一个三维参数化模型族的计算机辅助设计平台，允许生成可行的配置的起重机结构。一个总结的 GUI 和 ANSYS 的 APDL 图案的背景知识，起重机的有限元模型是基于组合模式的建立。实现了有限元模型的同步更新和分析。在系统中构建了 2 种工程数据库。一个是参数化的数据库，包含了各种参数化的零件和部件，常用于起重机结构。另一种是针对每一个单独的起重机而设计的，其中包括用于起重机结构的所有部件和部件，其中参数化的变量被确定的值所代替。以后可以用来创建 BOM，建立有限元模型，安排零件在数控切割钢板，焊接和制造工艺装置设计。微软 SQL 服务器选择构建数据库和 CADCAM 集成是使用 MS VC+ 6和 Pro/TOOLKIT 实现。关键词计算机辅助设计/凸轮，结构，起重机，工程数据库，三维设计1。在过去的几十年里，国际贸易迅速增长，这依赖于世界物流的运输链。深水港的能力，迅速处理和分发大量的集装箱和货物，这是在在物流链中不断发挥关键作用。现在世界上几乎所有的港口都在忙着扩张。港口起重机在最近几年迅速增长。港口起重机是非常大的，复杂的机器，越来越大，更自动化，更高的速度，以满足巨大的船舶和大量的负载和卸载。与一般的机器相比，它具有一个独特的组成部分，它是一个巨大且复杂的结构。起重机结构的计算机辅助设计/凸轮机构的特点是：起重机的结构型式和设计参数，满足各种不同的自然、环境和运行条件的设计参数。结构由几个部件组成。每一个部件都是由焊接而成的。虽然很多零件都是矩形板，但它们的厚度可以随构件的变化而不断变化，以减轻重量，同时保持足够的强度。此外，有大量的结构细节，让组件支持外部负载。因此，该组件是非常复杂的。C）的结构设计应符合强度、稳定性等要求，补偿的标准和规范，累积损伤和振动频率等。因此有必要对结构进行有限元分析。由于结构非常大，复杂，任何有限元软件包的商业计算机辅助设计软件是不够的，以处理复杂结构的起重机。起重机结构凸轮的技术比较简单。特别是数控切割和自动焊接在大多数工厂都有广泛的应用。本文提出了起重机结构的计算机辅助设计/计算机辅助设计。它主要是基于程序的计算机与参数化三维建模技术、有限元分析、工程数据库技术、Pro/E、ANSYS、MS Visual C+和微软 SQL Server。该系统包括建立起重机械三维参数化模型族的计算机辅助设计平台，建立有限元模型，二次开发的三维参数化模型，同步更新和有限元分析，参数化和若干模型的构造和收集信息，组件和起重机的应用和供应平台。2。为了支持起重机设计的计算机辅助设计平台，设计了起重机的三维参数化模型，为每个家庭成员提供了一种可行的起重机、部件和部件的配置，然后将它们缩放到期望的尺寸。港口集装箱起重机计算机辅助设计模型平台的框架，为港口集装箱起重机提供支持功能：2.1。分解成零部件和零部件的基础上的自顶向下的层次结构的产品结构，能够方便的设计任务的开发团队的成员，一个起重机的设计必须以某种方式结构化。著名的层次结构的产品结构是用于此。起重机由若干部件组成。每个组件可以包含若干子或一部分。第一种类型的组件被称为复合组件（在下面的文本，我们只称之为组件） ，第二类是一个单一的组件（我们称之为下面的一部分）。该产品结构以这种方式持续下去，直到所有的组件在层次结构中的最低水平。因此，产品是结构化的自上而下的方式，创造尽可能多的层次，如所需的设计师。图 1 显示了一个简化的集装箱起重机的层次结构。2.2。构建了基于特征技术特征技术的 CAD 软件平台如 Pro/Engineer 提供的三维零件模型、SolidWorks 等包括：a）草案的特点，基本几何特征绘制截面拉伸，旋转或扫描；b）附件的功能被添加到基本特征包括孔、圆角、塌角等。根据上述特征技术，生成集装箱起重机零件的三维模型。2.3。指定组件的空间约束关系，以创建产品种类的组件和组件之间的空间关系，在产品族中的代表使用装配约束关系。在计算机辅助设计软件的装配模块中，如支持/工程、装配等约束关系，如匹配、对准、插入和切向等。在这里，根据起重机的层次结构，零部件和组件之间的关系是建立使用装配约束提供的专业/工程师。图 2 表示门户框架中的组件之间的装配约束关系。2.4。为了使零件、零部件和起重机的设计参数发生改变时，为了使零件、部件和起重机的新的三维模型发生改变，从而建立起到顶部尺寸约束关系，从而建立零件或部件的设计参数。设计参数由设计人员根据零件或部件的结构设计。尺寸变量，这是自动生成时，三维模型的零件或组件，控制真正的几何尺寸和拓扑关系的一部分或一个组件。因此，为了使设计参数发生变化时，零件、部件或吊车的精确的新模型得到改变，应准确构造设计参数和尺寸变量之间的关系。商业计算机辅助设计软件，如专业/工程师提供的功能，建立设计参数和设计参数和尺寸变量之间的关系。必须指出的是，每一部分都将被用来组成一个组件。所有的引用而不是对部分实体将失效，必须重新开业。因此，重要的是要设置所有的参数的模型的一部分。2.5。部件或产品的装配约束关系的基础上，根据起重机的层次结构模型自下而上的方式产生的，一个设计师能尽快的任务已经分配给他开始建立零件三维模型。另一方面，三维建模组件设计器所获分配只能在其子组件和零件已创建启动。因此，实际的建模活动是自下而上的过程，从层次结构的产品结构的叶子开始。根据起重机的层次结构和组件和零件之间的装配约束关系，生成了零件的三维模型。对零件模型的参数进行评估，并在组装前进行修改一个组件。如果有必要修改部分后，它已被组装，应删除部分和一个新的模型的部分进行评估，以适当的价值和被组装。所有的设计参数必须在部件或组件的模型上设置。无设计参数是在系统中的起重机装配模型上设置，以避免在任何参数发生改变后，在整个起重机模型再生故障。图 3 显示了基于组件和零件之间的约束关系的繁荣的三维装配模型。图 4 和图 5 基于装配约束关系的子组件和零件之间不同的门户框架显示 3D 模型。3。有限元分析中的有限元分析模型的生成，数学模型应尽可能准确地模拟真实物体、载荷和约束条件，得到可靠的结果。在整个起重机结构上，应进行有限元分析。由于结构非常大，复杂，任何有限元软件包的商业计算机辅助设计软件是不够的，以满足任务。ANSYS 是选中是因为其强大的分析功能。同样的道理，在 ANSYS 中不能采用板单元。Beam188 单元的建立起重机有限元模型。在 ANSYS 中，两种建模模式提供了建立有限元模型，即人机交互模式也叫 GUI模式和命令流输入模式也被称为 APDL 模式。双模式也有优点和缺点，这是在参考文献中描述。一个总结的 GUI 和 ANSYS 的 APDL 图案的背景知识，起重机的有限元模型是基于组合模式的建立。首先，对起重机有限元模型可以通过 ANSYS的 GUI 模式构建。第二，CAE 分析起重机进行相应的日志文件也产生。日志文件可以通过使用 ANSYS APDL 参数化设计语言所提供的一些变化后，已在部分修订，组件或起重机。该起重机包括生成模型的 APDL，载荷和约束的施加，建立了有限元求解、后处理。生成的模型由参数定义、节点/单元/节建立有限元分析模型等新的起重机是通过运行 APDL 文件构造。实现了有限元模型的同步更新和分析。参见图6 和 7 的有限元模型和应力分析图的起重机结构。4。数据库系统是为了管理起重机的设计与制造的所有信息，实现数据共享，由计算机辅助设计/凸轮集成系统的各个模块共享，使程序独立于数据，保证数据的完整性和安全性，必须采用数据库系统。在流行的数据库管理系统微机如FoxPro、Visual Foxpro、SQL Server 等，微软 SQL Server 2000 是最后的选择。4.1。为了 GDB 和深发展加快设计，提高设计质量，减少重复工作，两种数据库是系统设计。一个被称为通用数据库（GDB） 。其他特殊的数据库（SDB）个人起重机。GDB 是一个参数化的数据库，包括各种参数化零件和常用的起重机结构组成。部件和组件被存储在多个分支和层次，作为一个树结构。虽然有可能是大量的矩形板的一个组成部分，例如，在繁荣，在梁，只有一个参数化的矩形板在每一个分支，以减少冗余。GDB 可以被所有设计师的公司参观。当一个设计师给设计的一个组成部分，他可以先搜索 gdb 的相应部门利用现有的参数化零部件和组件的三维模型构建。同时，信息的零件和部件的使用记录在 SDB。他可以修改在 GDB 的零部件如果他们稍有不同，从什么是需要的。他甚至可以创建一个新的参数化零件和组件并将它们保存到 GDB 的机关批准。SDB 是专为每一个个体的起重机和包含所有零部件用于起重机结构。它们也存储在一个树结构中。不同于 GDB，每一部分都有相应的记录，在深发展。参数化变量被确定值替换。随着这些，代码，名称，存储位置，位置，材料，重量，重心，制造等参数的参数。一些数据，例如重量的一部分，计算的一部分已被缩放。SDB 可以用来创建 BOM，建立有限元模型，安排零件在数控切割钢板，焊接和制造工艺装置设计。4.2。数据库结构与数据库的使用，一些一般性的问题将被解决：数据完整性：在一个文件系统中，设计师谁保存的文件的变化，然后删除由设计师谁保存的文件之后。但同时，采用数据库的交易机制，在同一时间，一个计算机辅助设计模型不能同时进行修改。直接关系：模型的数据实体的直接关系，三维模型之间的技术依赖关系可以很容易地发现。直接关系给设计者一个提示，在模型的改变之后，模型也必须改变。中心数据管理：数据中心库提供备份和版本控制的几个优点。数据聚类：数据的聚类速度的数据访问，因为每个设计师可以得到所需的信息，在他的本地 PC。这是非常重要的分布式和协同设计项目。我们已经使用了实体关系（二）模型，这是一个流行的高层次的概念数据模型，设计数据库。这种模式及其变化经常被用于数据库应用程序的概念设计，和许多数据库设计工具采用其概念。二型模型描述数据的实体，关系和属性。二型代表是一个实体，它是现实世界中的一个独立存在的基本对象。每个实体都有属性，即描述它的特定属性。一个特定的实体将有一个值的每个属性。描述每个实体的属性值成为存储在数据库中的数据的一个重要部分。一个关系型 R 在n 个实体类型 E1，E2恩定义的关联或关系集从这些类型的实体之间的。实体类型和实体集的关系类型及其对应关系设置统称同名的 R.根据起重机的层次结构，数据库具有实体。每一部分，组件和起重机可以被表示为一个实体，它具有设计参数描述的属性。在起重机产品零部件之间的空间关系表示为关系集 R 的数据库采用微软 SQL Server 和组件对象模型（COM） 。5。CADCAM 集成的基于 Visual C+和 SQL Server 数据库管理系统作为管理工程数据库和 Pro/ENGINEER 用于建立三维模型，采用 Visual C+作为编程语言构建计算机辅助设计/凸轮的整体系统。第一个原因是 Visual C+是一个可以访问 SQL 数据库语言。其次，当我们设置 GDB 必须访问数据库以及访问的三维模型，利用 Pro/TOOLKIT，这是第二利用 Pro/ENGINEER 提供的软件包。当我们处理的是深发展，我们也需要访问数据库和参数化模型的同时，做一些修改。Visual C+是强大的编译程序能访问 Pro/Engineer 和 SQL Server 2000 的同时，实现它们之间的数据通信。第三、Visual C+是一种面向对象的编程软件有许多优点。6。本文介绍了基于工程数据库的集装箱起重机结构计算机辅助设计/凸轮一体化系统的设计。基于自上而下的层次化的产品结构、特征技术、装配约束关系，利用 Pro/ENGINEER 提供的自底向上的装配工艺和尺寸关系到顶部，一个三维参数化模型的 CAD 平台的建立是为了让家庭的起重机的可行的配置生成。一个总结的 GUI 和 ANSYS 软件 APDL 图案的背景知识，基于复合模式建立了该桥的有限元模型。实现了有限元模型的同步更新和分析。利用微软 SQL Server 2000，两种数据库是系统与 CAD/CAM 集成系统的各个模块进行设计。数据共享整个系统。以 Visual C+的帮助下，实现了 CADCAM 的集成开发方法。该系统可以大大提高港口集装箱起重机结构设计效率和开发凸轮机械结构复杂的大型结构的应用提供一个平台。致谢本文受上海市重点学科建设项目，资助号：T0601。引用Chandrupatla, T., and Belegundu, A., (1991), Introduction to Finite Elements in Engineering, Prentice Hall. 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