王海

【摘 要】所有的水利水電工程建筑物都是空間結(jié)構(gòu)，雖然設(shè)計(jì)人員在對其進(jìn)行設(shè)計(jì)會(huì)使用平面投影圖、剖面圖以及立面圖等來對工程的結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，但是實(shí)際上其在最初進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候的構(gòu)思也三維立體的，而如果直接采用三維圖案進(jìn)行設(shè)計(jì)，有利于將工程結(jié)構(gòu)的空間形狀反應(yīng)出來，對建筑物的空間關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)的描述，從而確保工程量計(jì)算的精確性。

【關(guān)鍵詞】水利水電行業(yè)；三維設(shè)計(jì)；應(yīng)用

一、三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用原則

三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)是一種既可獨(dú)立，又可分散，并且還可以集成的一種信息集成系統(tǒng)。所有的三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)均是建立在數(shù)據(jù)庫之上的，數(shù)據(jù)庫的建立直接關(guān)系到整個(gè)三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行，故在數(shù)據(jù)庫建立的過程中應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則：第一，構(gòu)建項(xiàng)目分層結(jié)構(gòu)，以及相應(yīng)的編碼標(biāo)準(zhǔn)；第二，構(gòu)建專門的使用方法和標(biāo)準(zhǔn)。例如，通過構(gòu)建專門的接口管理程序?qū)π畔⑦M(jìn)行處理，從而保證各個(gè)專業(yè)提供信息的正確性和有效性；第三，構(gòu)建專門的工程數(shù)據(jù)庫，以及相應(yīng)的項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)工程的情況建立相應(yīng)的模型、圖紙以及治療，在不斷積累資料的過程中還需要確保數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)一性，從而使數(shù)據(jù)庫中各個(gè)專業(yè)的資源共享；第四，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息應(yīng)該要遵循“唯一”原則，也就是同樣的數(shù)據(jù)只需要建立一次，并且在以后的工作中可以多次反復(fù)使用，從而房子數(shù)據(jù)信息之間出現(xiàn)沖突；第五，以采購成熟的商業(yè)軟件為基礎(chǔ)，根據(jù)工程的功能需求，開發(fā)自身的接口程序以及部分沒有的軟件，從而有效保證三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)的統(tǒng)一性和規(guī)范性。

二、水利水電工程中三維設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用

對水利水電工程來說，其使用的三維設(shè)計(jì)軟件應(yīng)該是將CAD/CAE/CAM等功能集于一身的比較大的集成化的系統(tǒng)。本文主要對三維設(shè)計(jì)軟件中的CATIA軟件在水利水電工程中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

（一）軟件功能概況

CATIA軟件包括了產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、三維建模、分析計(jì)算、動(dòng)態(tài)模擬與仿真、工程圖的生成到人機(jī)交換等實(shí)用模塊。該系統(tǒng)的特點(diǎn)主要包括以下幾點(diǎn)：第一，具有完全相關(guān)性，在該軟件中對任一部分進(jìn)行修改，都會(huì)立即反映到相關(guān)的其它內(nèi)容中去；第二，具有真正的管理并發(fā)進(jìn)程，以及實(shí)現(xiàn)并行工程的能力；第三，該軟件的裝配功能非常強(qiáng)，在實(shí)際操作的過程中能將設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖始終保持下來；第四，使用方便，可以有效提高設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)效率。目前，該軟件主要在一些技術(shù)比較高端的技術(shù)制造領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用、如汽車、航天等，并且還獲得了非常好的應(yīng)用效果。而在水利水電工程中引入該軟件，主要是為了直接或者間接的應(yīng)用它的技術(shù)。

（二）復(fù)雜工程建模

1.工程案例。本次研究選取某水電站作為研究對象，該水電站的進(jìn)水口是由一個(gè)進(jìn)水塔和進(jìn)水引渠組成的，進(jìn)水塔屬于岸塔式進(jìn)水塔，其采用的是雙層取水方式進(jìn)行取水，長232m，寬32.15m。塔頂?shù)钠脚_高程832.5m，建基面高程745.5m。塔下的地基巖體主要為微風(fēng)化的新鮮的沉積角礫巖或者花崗巖，整塊巖體的完整性比較好。

2.構(gòu)建模型。使用CATIA系統(tǒng)建立三維模型的過程中主要會(huì)使用到該軟件的裝配設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)兩功能來進(jìn)行：（1）裝配設(shè)計(jì)功能。該功能的主要作用在與合理表達(dá)裝配模型，通過使用層次分明的模型，在進(jìn)行裝配的過程中應(yīng)該從下到上，從最下層的子裝配體往上逐漸進(jìn)行配置，直到將最上層的裝配體配置好。（2）零件設(shè)計(jì)功能。該功能主要是對工程模型的零件進(jìn)行設(shè)計(jì)，在對零件進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，主要是做實(shí)體造型。首先對工程結(jié)構(gòu)中特征進(jìn)行分析，分析出哪些是基本特征，然后再對各個(gè)特征創(chuàng)建的順序進(jìn)行判定。

3.有限元分析。CATIA軟件是一個(gè)包括了CAD/CAE/CAM等功能于一體的三維參數(shù)化軟件，它給給水利水電工程提供了非常強(qiáng)大的，并且使用邊界的工程分析模塊。通過使用該模塊，非專業(yè)的分析的設(shè)計(jì)人員也只需要在該模型上添加載荷以及約束，就能夠迅速進(jìn)行初級的有限元分析，從而得出軟件分析系統(tǒng)對設(shè)計(jì)模型的驗(yàn)證。

（三）CATIA和ANSYS軟件的聯(lián)合使用

1.軟件組合的作用。ANSYS具有功能強(qiáng)大、兼容性強(qiáng)、便捷性強(qiáng)以及計(jì)算效率高等優(yōu)點(diǎn)，但是面對一些復(fù)雜的大型結(jié)構(gòu)工程，該軟件在進(jìn)行建模以及分析等工作的時(shí)候往往需要工作人員話費(fèi)巨大的精力來進(jìn)行，而如果要對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行改動(dòng)的時(shí)候，會(huì)嚴(yán)重影響建模工作的正常進(jìn)行。而CATIA軟件具有非常強(qiáng)大的造型功能，但是和ANSYS等專業(yè)有限元分析軟件對比之下，其在這方面的功能還有許多不足之處。因此，在對于水利水電工程等大型復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件進(jìn)行三維建模以及有限元分析的時(shí)候，通過合理使用軟件集成方法，可以將各個(gè)軟件的優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮出來。

2.CATIA模型導(dǎo)入ANSYS軟件的修正和重構(gòu)。目前，ANSYS軟件已經(jīng)具有了和CATIA直接相連的接口，可以直接將CATIAMODEL文件讀取出來，并進(jìn)行相應(yīng)的修改。在CATIA軟件中，各個(gè)零件的曲面分別由它們自己的線段構(gòu)成，相鄰的兩個(gè)曲面之間也沒用共同使用同一個(gè)邊界線。這樣往往就無法實(shí)現(xiàn)ANSYS軟件中網(wǎng)格劃分對數(shù)據(jù)信息的要求。因此，應(yīng)該先將零件上重復(fù)的線及線上的點(diǎn)刪除掉，然后再使用相加功能將剩余的線連接到一起，從而保證相鄰的兩個(gè)曲面有共用的邊界線。此外，還應(yīng)該將一些比較小的特征刪除掉，然后將它們所在的面合并入相鄰的面中。在將實(shí)體模型完成后，即可進(jìn)行后續(xù)的計(jì)算工作。

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