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CATIA教程

CATIA全体叶轮建模实例操练

时刻:2017-06-17 15:11:46   作者:   来历:   阅览:1056   谈论:0
    本实例选用的数据来自出产实践,这儿在满意试验要求的根底上,对尺度、规划参数、造型要求等进行了简化。

    叶片截面数据点数据:1.dat,2.dat,3.dat,4.dat,5.dat。各截面数据坐落与XOY平面平行的平面上,如1.dat坐落Z=173.44平面上,5.dat坐落Z=105.54平面上。

    轮毂为旋转体,剖面图要害尺度如图1所示。

    造型要求:叶片共16片均匀分布于轮毂最外面上;各叶片与轮毂外表以半径R=0.4mm圆弧过渡;叶片凸面、凹面之间滑润过渡,其详细过渡尺度这儿不做要求。

叶轮终究造型示意图如图2所示。

 

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图1:轮毂剖面图     图2:全体叶轮曲面模型

过程参阅:

    全体叶轮曲面造型分为以下三个部分:单个叶片造型、轮毂造型和叶轮组成。

A,单个叶片造型

A1,读入文件

    发动CATIA后,在菜单项中选[Start]→[Shape]→[Digitized Shape Editor],进入Digitized Shape Editor(数字曲面修改)单元,此单元可对丈量数据进行读入和处理。

    点击[Import]CATIA全体叶轮建模实例操练图标或挑选菜单[Insert]→[Cloud Import…](为查找便利起见,后文中指令均只供给菜单挑选办法),选取5个叶片截面文件,并将Format选为“Ascii free”,留意请点击选项Grouped前按钮,使之为白色未选上状况,如图3所示。Grouped的“未选上”状况,可使读入的各个文件中的数据是独立的;不然一切文件将兼并成为一个全体,不利于后续处理。

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图3:读入点云

    挑选菜单[View]→[Fit All In],可将点云显现在屏幕中心,为显现作用更好,可点击鼠标右键,挑选菜单[Properties]来修改点的Symbol(形状)。显现如图4所示。

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图4:叶片截面点云

A2,扫描线生成

    有了读入的点云,可挑选这些点云用[3D Curve]指令来创立曲线。但此指令既支撑挑选读入的点,也支撑屏幕上的恣意点,因而常简单发生不需求的点。[3D Curve]指令在单元[Start]→[Shape]→[Free Style]中的菜单[Insert]→[Curve Creation]→[3D Curve]下。

    这儿先将点云生成扫描线后,再进行曲面拟合。体系依然处于Digitized Shape Editor单元状况,挑选菜单[Insert]→[Scan Creation]→[Scan On Cloud…],挑选叶片截面数据,依照次序顺次挑选一切的点,在终究一点处鼠标双击就可生成一条扫描线。这儿将叶盆数据和叶背数据分隔,所以共生成10条扫描线,如图5所示。留意:为后续曲面造型便利,挑选每条扫描线时坚持次序共同。

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图4:扫描线

A2,BSpline截面线生成与剖析

    挑选菜单[Insert]→[Curve Creation]→[Curve from Scan…],呈现如图5所示的对话框,将依据扫描线拟合生成Bezier曲线。Creation mode挑选Smoothing办法,生成的曲线润滑度会更好;假如挑选Interpolation办法,则将生成插值曲线,经过一切点,但曲线的光顺性很差。Parameters中,Tolerance的意义是曲线拟合与原点云的差错答应值,Max. Order的意义是Bezier曲线的最高阶数,Max. Segments的意义是一条Bezier曲线中包括的段数的最高值,Split Angle的意义是扫描线上某点处的夹角超越该视点时,别离拟组成多条曲线。三个图形按钮别离操控是否显现 “曲线的曲率图”、“曲线与点云的最大差错值”和“曲线的阶数和段数”。

    这儿各参数初始值可选为如图5所示的成果:Smoothing办法、Tolerance为0.005mm、Max. Order为6、Max. Segments为40、Split Angle为90、显现曲率图。挑选一条扫描线(这儿以叶背上靠叶根处的扫描线为例),点击Apply按钮,将显现如图6所示的成果,能够看到曲线在两头曲率改变较大,图上“Fixed”的意义是曲线的端点限定为扫描线的端点。

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图5:Curve from Scan对话框

图6:曲线拟合

    点击另两个图形按钮,能够查到该曲线的一切剖析成果:最大差错为0.0035,曲线的阶数为6,共有15个曲线段, 如图7(a)所示。将Tolerance改为0.02mm、0.005mm,得到图7(b)、(c)的成果。剖析各图可知:将答应差错从0.005mm升高为0.01mm,曲线的曲率改变显着滑润些,曲线的光顺性有不少进步,而再升为0.02mm,曲线的光顺性进步不大,但最大差错0.018mm有点高。归纳精度和润滑性考虑,这儿Tolerance取为0.01mm。

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(a)Tolerance=0.005

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(b)Tolerance=0.01

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(c)Tolerance=0.02

图7:曲线剖析

    将一切扫描线拟组成曲线,则完结截面线的拟合,有图8所示的成果,这儿将扫描点、扫描线均躲藏不显现。

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图8:拟合好的曲线

A3,叶背、叶盆曲面生成和剖析

    选[Start]→[Shape]→[Generative Shape Design],进入Digitized Shape Design(创成式外形规划)单元,此单元供给各种曲线、曲面规划、剖析功用,如曲面规划功用有:拉伸、旋转、扫略、蒙皮等。

    挑选菜单项[Insert]→[Surfaces]→[Multi-sections Surface],呈现如图9所示的对话框,上面的文本框中将显现所挑选的截面线,下面的文本框显现所挑选的导引线(此例中此项为空),假如中心需刺进或删去某截面线,可用Remove、Add按钮。

    在屏幕上按顺次点击需求拟合的截面线,留意调查各箭头指示的截面线方向是否共同,图10显现的是现已挑选后的5个截面线,能够用来生成叶背曲面,如图11所示。

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图9:Multi-sections Surface对话框

图10:截面线挑选

 

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图11:叶背曲面

    能够对生成的曲面进行剖析。为能够看到剖析成果,需更改显现办法。挑选菜单项[View]→[Render Style]→[Customize View],挑选Material选项。

    首要咱们对构成的曲面进行曲率剖析。挑选菜单项[Insert]→[Analysis]→[Surfacic Curvature Analysis],将弹出如图12、13所示的对话框,在Type中咱们挑选“Gaussian(高斯)”曲率类型,其它选项坚持缺省值“Color Scale”、和“Positive only”不变。在图13的色标对话框中,点击Use Min Max按钮,这样曲率的最小值为赤色,最大值为紫色,其他各值为各插值色彩。能够得到曲面的Gaussian曲率图,如图14所示。这儿高斯曲率的最小值也大于零,阐明曲面在遍地均为凸,符合叶背曲面形状特色。

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图12:Surfacic Curvature Analysis对话框

图13:Color Scale

 

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图14:曲面Gaussian曲率图

    接着咱们对构成的曲面进行等照度线(俗称斑马线)显现剖析。此剖析功用在FreeStyle Shape Design(自在型外形规划)单元中。因为一般来说,在Generative Shape Design单元中规划的曲面无需进行此类剖析。

    选[Start]→[Shape]→[FreeStyle Shape Design],进入FreeStyle Shape Design(自在型外形规划)单元。挑选菜单项[Insert]→[Analysis]→[Isophotes Mapping],弹出如图15所示的对话框,这儿Mapping Type挑选球形映射、,在图形区挑选叶背曲面,调整图15对话框中的移动条,可得到如图16所示的成果,阐明曲面光顺性很好。

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图15:Isophote Analysis对话框

图16:等照度线曲面剖析

    再次进入Digitized Shape Design(创成式外形规划)单元,用Multi-sections Surface指令创立出叶盆曲面,得到如图17的成果,相同可对叶盆曲面进行剖析,这儿省掉。

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图17:叶背、叶盆曲面

A4,结构叶背、叶盆之间的过渡曲面

    挑选菜单项[Insert]→[Surfaces]→[Blend…],呈现图18所示的对话框,依照对话框提示,别离选取叶背右鸿沟限为First curve、叶反面为First support、相应的叶盆鸿沟限为Second curve、叶盆面为Second support,各面的continuity(接连性)为Tangency(切向接连),点击Preview按钮可得到图预览图19所示的预览成果。再点击OK即可生成叶背、叶盆之间的过渡曲面。

相同,可生成另一过渡曲面。

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图17:Blend Definition 对话框

 

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图17:叶背、叶盆过渡曲面

A5,填充叶顶处曲面

    叶顶处曲面可用填充办法来生成。挑选菜单项[Insert]→[Surfaces]→[Fill…],呈现图18所示的对话框。顺次挑选叶顶处的四条鸿沟,过渡面处鸿沟很小,不简单正确挑选,可将曲面部分扩大后再挑选,如图19所示。

    在生成叶顶曲面前能够用Preview按钮预览填充面的成果。

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图18:Fill Surface对话框

图19:曲面的部分扩大

B,轮毂造型

B1,草图规划

    在屏幕左面的特征树上挑选“zx plane”作为轮毂草图的制作平面,如图20所示。挑选菜单项[Insert]→[Sketcher]→[Sketch],进入草图制作状况。依照图1给出的轮毂草图尺度制作出如图21所示的草图,能够先制作草图的左半部分和对称轴,然后用镜像的办法得到悉数,详细制作办法这儿省掉。且在V=0的方位制作一条水平轴线,作为将来的旋转轴。制作完结后,点击“Exit Workbench”图标退出草图状况。

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图20:挑选草图平面

图21:轮毂草图

B2,轮毂曲面生成

    挑选菜单项[Insert]→[Surfaces]→[Revolve…],呈现如图22所示的对话框,在Profile项中挑选刚制作的草图,在Revolution axis项中挑选特征树中的HDirection(如图23),Angle 1和Angle 2别离设为360度和0度。

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图22:Revolution 对话框

图23:挑选旋转轴

    将得到如图24所示的轮毂旋转曲面。

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图24:轮毂曲面

C,叶轮组成

    现在叶片和轮毂之间依然存在一个几毫米的空隙,咱们需求将他们缝组成一个全体。依据规划要求,咱们知道各叶片与轮毂外表以半径R=0.4mm圆弧过渡,因而首要考虑“Fillet”(倒角)功用。CATIA中可用的“Fillet”功用许多,有“Shape”(两个形体之间)、“Edge”(棱边处)、“Variable”(变倒角半径)、“Face-Face”(两个面之间)、“Tritangent”(棱角处)。考虑本试验的模型,这儿选用“Shape Fillet”。

    经过上文“单个叶片造型”章节中各步生成的叶片由5个面组成,无法满意 “Shape Fillet”中只能有两个形体的要求,别的,因为叶根处与轮毂之间有不小的空隙且曲率改变也比较大,需对叶片部分做如下几个准备工作:叶片曲面组组成全体、叶根处曲面鸿沟限提取、叶根部分的曲面延伸。

C1,叶片曲面组合

    首要需求将叶片组组成一个全体。挑选菜单项[Insert]→[Operation]→[Join…],将呈现如图25所示的对话框,挑选生成叶片的5个面(叶盆、叶背、两个过渡面、顶面),将他们组组成一个全体。

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图25:Join对话框

C2,初度倒角

    按惯例,此刻能够进行倒角指令。挑选菜单项[Insert]→[Operation]→[Shape Fillet…],将呈现如图26所示的对话框。Fillet type坚持缺省值“BiTangent Fillet”, Support 1中挑选组合的叶片,Support 2中挑选轮毂面,Radius中输入4mm。留意:选上Trim support 1,不选上Trim support 2;标明倒角过程中对叶片进行裁剪,而不裁剪轮毂面。点击Preview按钮进行预览,成果呈现图27的正告对话框,屏幕上显现的倒角成果如图28所示。

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图26:Fillet对话框

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图27:Warnings对话框

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图28:Fillet成果

正告对话框中阐明少量部位“无法裁剪”,能够看出,部分部位无法倒角,Fillet成果失利。“无法裁剪”的原因首要是两个形体间的空隙过大,大于倒角的4mm,能够经过将其中一个形体进行延伸来削减空隙。

C3,叶根处理

    叶片延伸前,需提取叶根处的鸿沟限。挑选菜单项[Insert]→[Operation]→[Boundary…],将呈现如图29所示的对话框,挑选叶片,提取的鸿沟限为图30中的白色线。

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图29:Boundary对话框

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图30:鸿沟提取

    现在能够进行叶片延伸。挑选菜单项[Insert]→[Operation]→[Extrapolate…],呈现如图31所示的对话框。挑选鸿沟限、延伸曲面,Type中坚持缺省的“Length”,Length中输入3mm。点击Preview,将呈现图32中的成果,成果符合要求,点击OK即可。

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图31:Extrapolate对话框

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图32:延伸成果

C4,倒角处理

    再次测验倒角指令。挑选菜单项[Insert]→[Operation]→[Shape Fillet…],各项参数的挑选同图26,点击Preview,成果如图33所示。

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图33:Fillet成果

C5,叶片阵列

    现在可将叶片阵列以生成完好的叶轮模型。挑选菜单项[Insert]→[Advanced Replication Tools]→[Circular Pattern…],在屏幕上挑选叶片,呈现如图34所示的对话框。规划要求16个叶片均匀分布于轮毂最外面上,标明各叶片间的夹角为24度。因而这儿Parameters中挑选“Instance(s) & total angle”、Instance(s)中输入15, Total angle中输入336度,Reference element中挑选轮毂的外外表。点击Preview,可得到图35的成果。点击OK,可得到图36所示的叶轮的终究成果。

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图34:Circular Pattern对话框

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图34:叶片阵列Preview成果

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图35:全体叶轮


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