基于工程數(shù)據(jù)庫(kù)的起重機(jī)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)-中文翻譯

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譯文：基于工程數(shù)據(jù)庫(kù)的起重機(jī)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)摘要根據(jù)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)機(jī)械 CAD/CAM 專業(yè)，根據(jù)起重機(jī)的結(jié)構(gòu)工程數(shù)據(jù)庫(kù)的 CAD / CAM 系統(tǒng)是本文提出的。基于自頂向下的層次結(jié)構(gòu)，特征技術(shù)，裝配約束關(guān)系，自下而上的裝配工藝和向下到頂部尺寸約束關(guān)系，建立了一個(gè)三維參數(shù)化模型族的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)平臺(tái)，允許生成可行的配置的起重機(jī)結(jié)構(gòu)。一個(gè)總結(jié)的 GUI 和 ANSYS 的 APDL 圖案的背景知識(shí)，起重機(jī)的有限元模型是基于組合模式的建立。實(shí)現(xiàn)了有限元模型的同步更新和分析。在系統(tǒng)中構(gòu)建了 2 種工程數(shù)據(jù)庫(kù)。一個(gè)是參數(shù)化的數(shù)據(jù)庫(kù)，包含了各種參數(shù)化的零件和部件，常用于起重機(jī)結(jié)構(gòu)。另一種是針對(duì)每一個(gè)單獨(dú)的起重機(jī)而設(shè)計(jì)的，其中包括用于起重機(jī)結(jié)構(gòu)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(lái)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(shè)計(jì)。微軟 SQL 服務(wù)器選擇構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)和 CADCAM 集成是使用 MS VC+ 6和 Pro/TOOLKIT 實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/凸輪，結(jié)構(gòu)，起重機(jī)，工程數(shù)據(jù)庫(kù)，三維設(shè)計(jì)1。在過(guò)去的幾十年里，國(guó)際貿(mào)易迅速增長(zhǎng)，這依賴于世界物流的運(yùn)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(guān)鍵作用?，F(xiàn)在世界上幾乎所有的港口都在忙著擴(kuò)張。港口起重機(jī)在最近幾年迅速增長(zhǎng)。港口起重機(jī)是非常大的，復(fù)雜的機(jī)器，越來(lái)越大，更自動(dòng)化，更高的速度，以滿足巨大的船舶和大量的負(fù)載和卸載。與一般的機(jī)器相比，它具有一個(gè)獨(dú)特的組成部分，它是一個(gè)巨大且復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。起重機(jī)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：起重機(jī)的結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計(jì)參數(shù)，滿足各種不同的自然、環(huán)境和運(yùn)行條件的設(shè)計(jì)參數(shù)。結(jié)構(gòu)由幾個(gè)部件組成。每一個(gè)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(gòu)件的變化而不斷變化，以減輕重量，同時(shí)保持足夠的強(qiáng)度。此外，有大量的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，讓組件支持外部負(fù)載。因此，該組件是非常復(fù)雜的。C）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)符合強(qiáng)度、穩(wěn)定性等要求，補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，累積損傷和振動(dòng)頻率等。因此有必要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析。由于結(jié)構(gòu)非常大，復(fù)雜，任何有限元軟件包的商業(yè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件是不夠的，以處理復(fù)雜結(jié)構(gòu)的起重機(jī)。起重機(jī)結(jié)構(gòu)凸輪的技術(shù)比較簡(jiǎn)單。特別是數(shù)控切割和自動(dòng)焊接在大多數(shù)工廠都有廣泛的應(yīng)用。本文提出了起重機(jī)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。它主要是基于程序的計(jì)算機(jī)與參數(shù)化三維建模技術(shù)、有限元分析、工程數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、Pro/E、ANSYS、MS Visual C+和微軟 SQL Server。該系統(tǒng)包括建立起重機(jī)械三維參數(shù)化模型族的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)平臺(tái)，建立有限元模型，二次開(kāi)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(gòu)造和收集信息，組件和起重機(jī)的應(yīng)用和供應(yīng)平臺(tái)。2。為了支持起重機(jī)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了起重機(jī)的三維參數(shù)化模型，為每個(gè)家庭成員提供了一種可行的起重機(jī)、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(jī)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型平臺(tái)的框架，為港口集裝箱起重機(jī)提供支持功能：2.1。分解成零部件和零部件的基礎(chǔ)上的自頂向下的層次結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，能夠方便的設(shè)計(jì)任務(wù)的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)的成員，一個(gè)起重機(jī)的設(shè)計(jì)必須以某種方式結(jié)構(gòu)化。著名的層次結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是用于此。起重機(jī)由若干部件組成。每個(gè)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(fù)合組件（在下面的文本，我們只稱之為組件） ，第二類是一個(gè)單一的組件（我們稱之為下面的一部分）。該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以這種方式持續(xù)下去，直到所有的組件在層次結(jié)構(gòu)中的最低水平。因此，產(chǎn)品是結(jié)構(gòu)化的自上而下的方式，創(chuàng)造盡可能多的層次，如所需的設(shè)計(jì)師。圖 1 顯示了一個(gè)簡(jiǎn)化的集裝箱起重機(jī)的層次結(jié)構(gòu)。2.2。構(gòu)建了基于特征技術(shù)特征技術(shù)的 CAD 軟件平臺(tái)如 Pro/Engineer 提供的三維零件模型、SolidWorks 等包括：a）草案的特點(diǎn)，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(shù)，生成集裝箱起重機(jī)零件的三維模型。2.3。指定組件的空間約束關(guān)系，以創(chuàng)建產(chǎn)品種類的組件和組件之間的空間關(guān)系，在產(chǎn)品族中的代表使用裝配約束關(guān)系。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的裝配模塊中，如支持/工程、裝配等約束關(guān)系，如匹配、對(duì)準(zhǔn)、插入和切向等。在這里，根據(jù)起重機(jī)的層次結(jié)構(gòu)，零部件和組件之間的關(guān)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(guān)系。2.4。為了使零件、零部件和起重機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)發(fā)生改變時(shí)，為了使零件、部件和起重機(jī)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(guān)系，從而建立零件或部件的設(shè)計(jì)參數(shù)。設(shè)計(jì)參數(shù)由設(shè)計(jì)人員根據(jù)零件或部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。尺寸變量，這是自動(dòng)生成時(shí)，三維模型的零件或組件，控制真正的幾何尺寸和拓?fù)潢P(guān)系的一部分或一個(gè)組件。因此，為了使設(shè)計(jì)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，零件、部件或吊車的精確的新模型得到改變，應(yīng)準(zhǔn)確構(gòu)造設(shè)計(jì)參數(shù)和尺寸變量之間的關(guān)系。商業(yè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，如專業(yè)/工程師提供的功能，建立設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)和尺寸變量之間的關(guān)系。必須指出的是，每一部分都將被用來(lái)組成一個(gè)組件。所有的引用而不是對(duì)部分實(shí)體將失效，必須重新開(kāi)業(yè)。因此，重要的是要設(shè)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(guān)系的基礎(chǔ)上，根據(jù)起重機(jī)的層次結(jié)構(gòu)模型自下而上的方式產(chǎn)生的，一個(gè)設(shè)計(jì)師能盡快的任務(wù)已經(jīng)分配給他開(kāi)始建立零件三維模型。另一方面，三維建模組件設(shè)計(jì)器所獲分配只能在其子組件和零件已創(chuàng)建啟動(dòng)。因此，實(shí)際的建模活動(dòng)是自下而上的過(guò)程，從層次結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的葉子開(kāi)始。根據(jù)起重機(jī)的層次結(jié)構(gòu)和組件和零件之間的裝配約束關(guān)系，生成了零件的三維模型。對(duì)零件模型的參數(shù)進(jìn)行評(píng)估，并在組裝前進(jìn)行修改一個(gè)組件。如果有必要修改部分后，它已被組裝，應(yīng)刪除部分和一個(gè)新的模型的部分進(jìn)行評(píng)估，以適當(dāng)?shù)膬r(jià)值和被組裝。所有的設(shè)計(jì)參數(shù)必須在部件或組件的模型上設(shè)置。無(wú)設(shè)計(jì)參數(shù)是在系統(tǒng)中的起重機(jī)裝配模型上設(shè)置，以避免在任何參數(shù)發(fā)生改變后，在整個(gè)起重機(jī)模型再生故障。圖 3 顯示了基于組件和零件之間的約束關(guān)系的繁榮的三維裝配模型。圖 4 和圖 5 基于裝配約束關(guān)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(xué)模型應(yīng)盡可能準(zhǔn)確地模擬真實(shí)物體、載荷和約束條件，得到可靠的結(jié)果。在整個(gè)起重機(jī)結(jié)構(gòu)上，應(yīng)進(jìn)行有限元分析。由于結(jié)構(gòu)非常大，復(fù)雜，任何有限元軟件包的商業(yè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件是不夠的，以滿足任務(wù)。ANSYS 是選中是因?yàn)槠鋸?qiáng)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(jī)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(jī)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(diǎn)和缺點(diǎn)，這是在參考文獻(xiàn)中描述。一個(gè)總結(jié)的 GUI 和 ANSYS 的 APDL 圖案的背景知識(shí)，起重機(jī)的有限元模型是基于組合模式的建立。首先，對(duì)起重機(jī)有限元模型可以通過(guò) ANSYS的 GUI 模式構(gòu)建。第二，CAE 分析起重機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的日志文件也產(chǎn)生。日志文件可以通過(guò)使用 ANSYS APDL 參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言所提供的一些變化后，已在部分修訂，組件或起重機(jī)。該起重機(jī)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(diǎn)/單元/節(jié)建立有限元分析模型等新的起重機(jī)是通過(guò)運(yùn)行 APDL 文件構(gòu)造。實(shí)現(xiàn)了有限元模型的同步更新和分析。參見(jiàn)圖6 和 7 的有限元模型和應(yīng)力分析圖的起重機(jī)結(jié)構(gòu)。4。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是為了管理起重機(jī)的設(shè)計(jì)與制造的所有信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/凸輪集成系統(tǒng)的各個(gè)模塊共享，使程序獨(dú)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(kù)系統(tǒng)。在流行的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)微機(jī)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(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少重復(fù)工作，兩種數(shù)據(jù)庫(kù)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)。一個(gè)被稱為通用數(shù)據(jù)庫(kù)（GDB） 。其他特殊的數(shù)據(jù)庫(kù)（SDB）個(gè)人起重機(jī)。GDB 是一個(gè)參數(shù)化的數(shù)據(jù)庫(kù)，包括各種參數(shù)化零件和常用的起重機(jī)結(jié)構(gòu)組成。部件和組件被存儲(chǔ)在多個(gè)分支和層次，作為一個(gè)樹(shù)結(jié)構(gòu)。雖然有可能是大量的矩形板的一個(gè)組成部分，例如，在繁榮，在梁，只有一個(gè)參數(shù)化的矩形板在每一個(gè)分支，以減少冗余。GDB 可以被所有設(shè)計(jì)師的公司參觀。當(dāng)一個(gè)設(shè)計(jì)師給設(shè)計(jì)的一個(gè)組成部分，他可以先搜索 gdb 的相應(yīng)部門利用現(xiàn)有的參數(shù)化零部件和組件的三維模型構(gòu)建。同時(shí)，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(gè)新的參數(shù)化零件和組件并將它們保存到 GDB 的機(jī)關(guān)批準(zhǔn)。SDB 是專為每一個(gè)個(gè)體的起重機(jī)和包含所有零部件用于起重機(jī)結(jié)構(gòu)。它們也存儲(chǔ)在一個(gè)樹(shù)結(jié)構(gòu)中。不同于 GDB，每一部分都有相應(yīng)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(chǔ)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(jì)算的一部分已被縮放。SDB 可以用來(lái)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(shè)計(jì)。4.2。數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫(kù)的使用，一些一般性的問(wèn)題將被解決：數(shù)據(jù)完整性：在一個(gè)文件系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)師誰(shuí)保存的文件的變化，然后刪除由設(shè)計(jì)師誰(shuí)保存的文件之后。但同時(shí)，采用數(shù)據(jù)庫(kù)的交易機(jī)制，在同一時(shí)間，一個(gè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型不能同時(shí)進(jìn)行修改。直接關(guān)系：模型的數(shù)據(jù)實(shí)體的直接關(guān)系，三維模型之間的技術(shù)依賴關(guān)系可以很容易地發(fā)現(xiàn)。直接關(guān)系給設(shè)計(jì)者一個(gè)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(kù)提供備份和版本控制的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。數(shù)據(jù)聚類：數(shù)據(jù)的聚類速度的數(shù)據(jù)訪問(wèn)，因?yàn)槊總€(gè)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)項(xiàng)目。我們已經(jīng)使用了實(shí)體關(guān)系（二）模型，這是一個(gè)流行的高層次的概念數(shù)據(jù)模型，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)。這種模式及其變化經(jīng)常被用于數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序的概念設(shè)計(jì)，和許多數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)工具采用其概念。二型模型描述數(shù)據(jù)的實(shí)體，關(guān)系和屬性。二型代表是一個(gè)實(shí)體，它是現(xiàn)實(shí)世界中的一個(gè)獨(dú)立存在的基本對(duì)象。每個(gè)實(shí)體都有屬性，即描述它的特定屬性。一個(gè)特定的實(shí)體將有一個(gè)值的每個(gè)屬性。描述每個(gè)實(shí)體的屬性值成為存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)的一個(gè)重要部分。一個(gè)關(guān)系型 R 在n 個(gè)實(shí)體類型 E1，E2恩定義的關(guān)聯(lián)或關(guān)系集從這些類型的實(shí)體之間的。實(shí)體類型和實(shí)體集的關(guān)系類型及其對(duì)應(yīng)關(guān)系設(shè)置統(tǒng)稱同名的 R.根據(jù)起重機(jī)的層次結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫(kù)具有實(shí)體。每一部分，組件和起重機(jī)可以被表示為一個(gè)實(shí)體，它具有設(shè)計(jì)參數(shù)描述的屬性。在起重機(jī)產(chǎn)品零部件之間的空間關(guān)系表示為關(guān)系集 R 的數(shù)據(jù)庫(kù)采用微軟 SQL Server 和組件對(duì)象模型（COM） 。5。CADCAM 集成的基于 Visual C+和 SQL Server 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)作為管理工程數(shù)據(jù)庫(kù)和 Pro/ENGINEER 用于建立三維模型，采用 Visual C+作為編程語(yǔ)言構(gòu)建計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/凸輪的整體系統(tǒng)。第一個(gè)原因是 Visual C+是一個(gè)可以訪問(wèn) SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言。其次，當(dāng)我們?cè)O(shè)置 GDB 必須訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)以及訪問(wèn)的三維模型，利用 Pro/TOOLKIT，這是第二利用 Pro/ENGINEER 提供的軟件包。當(dāng)我們處理的是深發(fā)展，我們也需要訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)和參數(shù)化模型的同時(shí)，做一些修改。Visual C+是強(qiáng)大的編譯程序能訪問(wèn) Pro/Engineer 和 SQL Server 2000 的同時(shí)，實(shí)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(diǎn)。6。本文介紹了基于工程數(shù)據(jù)庫(kù)的集裝箱起重機(jī)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/凸輪一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?；谧陨隙碌膶哟位漠a(chǎn)品結(jié)構(gòu)、特征技術(shù)、裝配約束關(guān)系，利用 Pro/ENGINEER 提供的自底向上的裝配工藝和尺寸關(guān)系到頂部，一個(gè)三維參數(shù)化模型的 CAD 平臺(tái)的建立是為了讓家庭的起重機(jī)的可行的配置生成。一個(gè)總結(jié)的 GUI 和 ANSYS 軟件 APDL 圖案的背景知識(shí)，基于復(fù)合模式建立了該橋的有限元模型。實(shí)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(kù)是系統(tǒng)與 CAD/CAM 集成系統(tǒng)的各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)共享整個(gè)系統(tǒng)。以 Visual C+的幫助下，實(shí)現(xiàn)了 CADCAM 的集成開(kāi)發(fā)方法。該系統(tǒng)可以大大提高港口集裝箱起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率和開(kāi)發(fā)凸輪機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供一個(gè)平臺(tái)。致謝本文受上海市重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目，資助號(hào)：T0601。引用Chandrupatla, T., and Belegundu, A., (1991), Introduction to Finite Elements in Engineering, Prentice Hall. 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