王康，余雷模，牛越

(中南大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長沙 410083)

0 引言

在起重機設(shè)計過程中，由于小車架尺寸變化較多且結(jié)構(gòu)變化多樣，致使設(shè)計人員在設(shè)計過程中不得不重復(fù)繪制生產(chǎn)用圖，使得工作效率低下。基于這種原因，中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院開發(fā)了小車架快速設(shè)計平臺，完成了小車架三維參數(shù)化建模并保存相關(guān)數(shù)據(jù)信息供ANSYS軟件進行有限元分析。參數(shù)化建模是利用一些參數(shù)來約束表達對象的尺寸關(guān)系，參數(shù)與幾何尺寸有著對應(yīng)的關(guān)系，可通過修改尺寸來更改三維模型。

1 開發(fā)環(huán)境介紹

以AutoCAD 2004軟件為二次開發(fā)平臺，對小車架三維參數(shù)化建模系統(tǒng)進行了開發(fā)。AutoCAD軟件在國內(nèi)擁有大量用戶，它具有良好的操作界面，通過交互菜單命令方式進行各種操作，還可采用多種方式對其進行二次開發(fā)。選用與AutoCAD 2004軟件匹配的開發(fā)軟件包ObjectARX 2005和ObjectARX是Autodesk公司針對AutoCAD軟件二次開發(fā)推出的軟件包，它支持面向?qū)ο缶幊?，采用C/C++語言編寫，開發(fā)時可與微軟基礎(chǔ)類MFC(Microsoft Foundation Classes)結(jié)合，因而可以利用MFC龐大類庫，極大地提高了編程效率。ARX程序?qū)嵸|(zhì)上是一個動態(tài)鏈接庫，它與AutoCAD共享地址空間，能真正快速訪問AutoCAD軟件圖形數(shù)據(jù)庫，其創(chuàng)建實體與AutoCAD軟件內(nèi)的實體幾乎是等同的。由于ObjectARX軟件功能強大，速度快，安全性好，是Auto-CAD軟件的重要開發(fā)工具，但是ObjectARX 2005軟件只是一個軟件包，因此，需要使用Microsoft Visual Studio 2003開發(fā)平臺中的Visual C++編寫程序。

2 利用ObjectARX 2005軟件開發(fā)小車架快速設(shè)計系統(tǒng)

2.1 開發(fā)環(huán)境設(shè)置

在Visual Studio 2003里添加ObjectARX 2005工具，解壓文件到指定目錄，本文解壓放在C:ObjectARX 2005目錄中，找到 C:ObjectARX 2005utilsObjARXWiz文件夾，雙擊 ArxWizards.msi即可安裝，安裝完成后，在打開VS 2003之后需要更新，完成即可。

編程人員新建一個Visual C++項目，選擇類型為ObjectARX/DBX/OMF，可以更改項目名稱和文件存放目錄，如圖1所示，確定之后，會出現(xiàn)配置，選擇MFC Support并選中Extension DLL using MFC Shared DLL選項，如圖2所示。單擊確定新建項目完成，此時需進行環(huán)境配置，單擊tools-options，必須通過此操作包含ObjectARX軟件相關(guān)庫文件，如圖3所示。完成這些設(shè)置之后便可進行ObjectARX軟件程序開發(fā)。

圖1 新建項目

2.2 對話框設(shè)計

ObjectARX軟件提供了基于MFC的用戶界面類，可以在AutoCAD軟件里添加對話框界面，這樣的設(shè)計可視化程度高，使得平臺適用方便。添加一個對話框資源必須對其添加一個對話框類，然后在對話框里添加相關(guān)控件并根據(jù)實際需要修改其屬性，完成界面設(shè)計。例如，小車架邊梁的對話框設(shè)計，設(shè)計人員可方便地修改指定參數(shù)生成模型，如圖4所示。

圖4 對話框設(shè)計

2.3 三維建模

采用ObjectARX軟件開發(fā)包完成三維建模，簡單的三維實體創(chuàng)建主要是利用實體類AcDb3dSolid中的create Box(創(chuàng)建箱體)、create Frustum(創(chuàng)建圓柱體)、extrude(拉伸)以及revolve(選裝)函數(shù)等，然后在通過布爾運算操作boolean Oper對這些簡單實體進行相加或相減。

2.3.1 create Box 函數(shù)

create Box函數(shù)可以直接創(chuàng)建長方體，其參數(shù)長、寬、高3個變量，該函數(shù)格式如下:

2.3.2 create Frustum 函數(shù)

create Frustum函數(shù)可以直接創(chuàng)建柱體、錐體，其參數(shù)包括高度、x半徑、y半徑、頂端半徑，該函數(shù)格式如下:

AcDb3dSolid*p3dObj=new AcDb3dSolid;

p3dObj－ ＞createFrustum(高度，x半徑，y半徑，頂端半徑);

2.3.3 拉伸生成三維實體

extrude函數(shù)可以進行三維實體的拉伸生成，其使用方法如下:

2.3.4 旋轉(zhuǎn)生成三維實體

revolve函數(shù)可以進行三維實體的旋轉(zhuǎn)生成，其格式為:

revolve(pRegion1，axisPoint，axisDir，double angleOfRevolution));

其中:pRegion1為定義的封閉多段線，axis Point表示旋轉(zhuǎn)軸的原點，axis Dir表示旋轉(zhuǎn)軸的方向，angle of Revolution表示旋轉(zhuǎn)一定的角度，如2.0*3.1415926表示旋轉(zhuǎn)360°，這樣便可以形成一個三維旋轉(zhuǎn)體。具體代碼如下:

2.3.5 布爾運算

ObjectARX中布爾運算函數(shù)為:AcDb3dSolid::booleanOper()，包括加(kBoolUnite)、減(kBoolSubtract)以及交(kBoolIntersect);如以下代碼表示從實體3dObj1中減去實體3dObj2。

2.4 系統(tǒng)運行結(jié)果

程序編譯成功以后，可根據(jù)項目的實際需求開發(fā)出合適的AutoCAD軟件菜單文件，如圖5所示。啟動AutoCAD 2004軟件，在命令欄輸入arx，回車再輸入l加載生成的arx文件。

系統(tǒng)運行時，設(shè)計人員可通過對話框和程序進行數(shù)據(jù)交互，用戶可以根據(jù)實際情況對默認(rèn)的參數(shù)調(diào)整，修改完成單擊確定，即可生成所需的三維模型，如圖6所示。

在建模的同時，程序已經(jīng)將三維模型的關(guān)鍵參數(shù)傳遞到后臺Access數(shù)據(jù)庫中保存，如圖7所示，供ANSYS軟件分析使用。

3 結(jié)論

本文采用AutoCAD軟件二次開發(fā)工具成功開發(fā)出起重機變結(jié)構(gòu)小車架快速設(shè)計系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有如下特點:

(1)利用ObjectARX軟件開發(fā)出了AutoCAD 2004軟件實現(xiàn)了參數(shù)化建模功能。

(2)運用數(shù)據(jù)庫技術(shù)和編程語言Visual C++，集成AutoCAD和ANSYS軟件，達到了模型設(shè)計和結(jié)構(gòu)分析之目的。

限于篇幅，本文沒有介紹有限元分析技術(shù)。該系統(tǒng)可縮短起重機小車架設(shè)計周期，提高了設(shè)計人員工作效率，具有推廣應(yīng)用價值。

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