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1、CATIA参数化建模理念1. CATIA参数化建模思路1.1.逆向建模现阶段我们是运用大坝的CAD二维图来画三维图，也就是说先有二维图，后有三维图；基于CATIA的逆向建模是先建模，再出二维图。1.2.骨架设计在传统的三维设计包含两种设计模式： 自下而上的设计方法是在设计初期将各个模型建立，在设计后期将各模型按照模型的相对位置关系组装起来，自下向上设计更多应用于机械行业标准件设计组装。 自上而下设计的设计理念为先总体规划，后细化设计。大坝骨架设计承了自上而下的设计理念，在大坝三维设计过程中，为了定义各建筑物相对位置关系，骨架包含整个工程的关键定位，布置基准，定义各个建筑物间相关的重要尺寸，自上
2、向下的传递设计数据，应用这种技术就可更加有目的，规范地进行后续的工程设计。1.3.参数化模板设计一、参数化设计基本原理参数化设计基本原理：建立一组参数与一组图形或多组图形之间的对应关系，给出不同的参数，即可得到不同的结构图形。参数化设计的优点是对设计人员的初始设计要求低，无需精确绘图，只需勾绘草图，然后可通过适当的约束得到所需精确图形，便于编辑、修改，能满足反复设计的需要。 参数(Parameter)是作为特征定义的CATIA文档的一种特性。参数有值，能够用关系式(Relation)约束。 关系式(relation)是智能特征的一般称谓，包括：公式(formulas)、规则(rules)、检查
3、(checks)和设计表(designtables)。 公式(formulas)是用来定义一参数如何由其他参数计算出的。 零件设计表：设计表是Excel或文本表格，有一组参数。表格中的每列定义具体参数的一个可能的值。每行定义这组参数可能的配置。零件设计表是创建系列产品系列的最好方法，可以用来控制系列产品的尺寸值和特征的激活状态，表格中的单元格通常采用标准形式，用户可以随时进行修改。 配置(Configuration)是设计表中相关的参数组的一组值。 超级副本（PowerCopy）:超级副本是一组经过分组以用于不同上下文的特征（几何元素、公式、约束等），它提供了在粘贴时根据上下文重新指定特征的能
4、力。超级副本可捕获设计者的设计意图和知识技能，因此可以提高重用性和效率。 用户特征（UDF）:在常规设计工作中，经常会有类似相同的设计，只是设计所用数据不一样；对于这种情况，可以用数据表控制数据源，在需要某数据时，指定相应数据；将以上重用数据表设计过程封装成UDF，并发布相应数据，达到重用设计的效果。二、参数化模板设计主要技术特征参数化模板设计主要技术特征是:基于特征、全尺寸约束、尺寸驱动设计修改、全数据相关。 基于特征:将某些具有代表性的平面几何定义为特征，并将其所有尺寸存为可调参数，进而形成实体，以此为基础进行更为复杂的几何形体的构造。 全尺寸约束:将形状和尺寸联合起来考虑，通过约束来实现
5、对几何形状的控制。造型必须以完整的尺寸参数为出发点（全约束），不能漏注尺寸（欠约束），不能多注尺寸（过约束）。 尺寸驱动设计修改:通过编辑尺寸数值来驱动几何形状的改变。 全数据相关:尺寸参数的修改导致其它相关模块的相关尺寸得以更新。大坝各剖面的草图都可以用参数和公式表达出来，公式中包含参数，将公式与草图边线的约束相关联，达到参数通过公式驱动图形的目的。我们将建好的大坝各部件的三维图保存为模板,模板是CATIAV5知识工程的一个功能。知识工程是将一些诸如经验公式、分析算法、优化计算、条件控制等智能知识打包到一个盒子中，只留出几个条件输入参数接口。设计人员在进行设计时，不需要关心盒子中到底有哪些内
6、容，而只需要知道目标模型所属的类型及确定目标模型具体细节的关键几个输入参数即可。调用模型时，通过输入参数，调用打包在模型内部的一系列计算公式及判断条件，自动进行一系列的内部运算与调整，快速生成符合用户设想的几何模型。1.4.装配设计装配设计（AssemblyDesign）即产品的高效管理和装配，它提供了在装配环境下可由用户控制关联关系的设计能力，通过使用自上向下和自底向上的方法管理装配层次，可真正实现装配设计和单个零件设计之间的并行工程。装配设计通过使用图形化的命令建立机械设计约束，可以直观方便的将零件放到指定位1.5.二维图制作CATIA的二维工程图是由三维模型向各方向的投影视图以及相关辅助
7、视图组成的。其最大优势在于二维图能与三维设计模型相关联很卩三维模型发生更改，二维图可即时更新，不必像其他CAD软件需要再重新绘制二维图。2. 重力坝参数化建模2.1.CATIA选项设置确认知识选项卡（工具”选项”常规”参数和测量”）中的带值”和带公式”复选框。如图1。图1标准文档约束”、参数”、关系”复选框。如图2所示图2确认显示选项卡（工具”选项”零件基础结构”显示”）中的外部参考”、约束”、2.2.参数和关系建立建立参数：点击“知识工程”工具栏上的“f（x）”命令会出现图3,选择参数的类型，比如：“长度”，再点击“新类型参数”新建一个长度参数，并赋值。图3建立关系：关系是参数与图形连接的桥
8、梁，参数通过关系关联图形，以此来驱动图形。最常用的关系是公式，如图用上文建立的参数“长”通过公式来关联一条直线的长度。先在XY平面新建一个草图，画一条直线，用“约束”工具栏中的“约束”命令进行标注，如图4，选定尺寸标注单击右键，在“长度对象”下拉找到“编辑公式”命令，如图5，单击后会弹出一个对话框，双击“长即可将直线的长度与参数长”关联，这样直线的长度将会等于参数长”的值，如图6。r：“hil|lift啊MM图4图5图62.3.骨架设计重力坝的骨架可由“左(右)坝肩A(B)两点”、“连接A、B两点的坝轴线和垂直于坝轴线”和“过A点的0+000.00桩所在的平面”这三部分组成。将这三部分作为骨架
9、发布出去，以此作为整个工程的关键定位和布置依据。在CATIA环境下如果设计变更牵扯到坝轴线位置的调整无需重新定位控制点A、B，只需更改控制点A、B的坐标，或者直接移动坝轴线，就能完成对坝轴线的调整，实现设计变更，如图7。图72.4.重力坝结构划分现实中的重力坝是一个非常复杂的体型，如果不进行划分，一方面体现不出挡水坝、溢流坝和内部廊道等结构相互独立的特征。另一方面参数繁多，难以确定，体现不出参数化的特点和优势，所以在重力坝模型对象的设计中，首先要考虑如何把复杂的重力坝进行合理地拆分，使之形成多个简单的模型对象的组合。当把重力坝完全抽象为若干个对象的集合时,我们也就完成了对重力坝实体对象的划分。
10、重力坝可简单的分为：挡水坝段和溢流坝段两部分，当然也包括廊道、排水管和帷幕等部件。2.4.1.挡水坝段 建立参数：重力坝挡水坝段的特征参数有“坝段起始桩号”、“坝段长度、“坝顶宽度”、“坝顶高程”、“上游折坡高程”、“上游坡比、“下游折坡高程”、“下游坡比”、“坝底高程，用“f(x)”命令建立这些参数并赋值。 绘制草图：以“过A点的0+000.00桩所在的平面”为基准平面，偏移一个平面，偏移长度为参数“坝段起始桩号”，在这个新平面上绘制出挡水坝段的典型剖面，并将上述参数与剖面进行关联，从而得到参数化的挡水坝段剖面，如图81皿仕巨lbiC.kTin-嘗fircswejSWmm-雷!%C.X4ff
11、i54JF1X.WVIHI疋b-SJlAiC?#r-MiyT.-DOOnin-rJjjft-UW117(1Mfti.Ni-JiT-mZiSW：33KjCmn4i-辽JzSRCtt-fKl.-iFL苜scwg祈丄輕XJAJ*勉UMPfcB3-.|切pm图8草图中的V和H坐标轴是尺寸约束的参照基准，只有草图中的图像相对于V、H轴的所有位置关系都确定后，亥图形才能完全约束（无过约束也不欠约束）。“过约束是指一个元素被多个同一尺寸标注，此时过约束的元素会显示紫色”；“欠约束”是是指一个元素未被尺寸标注，此时欠约束的元素会显示“白色”，如图9。图形完全约束后，其尺寸和位置关系才能协同变化，系统会直接将尺
12、寸约束转化为系统参数。草图修改可通过编辑系统参数直接驱动几何形状的改变，为三维参数驱动提供基础。图9咅0面草图绘制完成后，将草图进行“凸台”得到一个坝段，凸台的长度用公式关联到参数“坝段长度”，如图10。现在可以通过更改那些特征参数即可驱动挡水坝段的图形。如将参数“坝段长度”的值改为50mm（本次设计中比例为1:1000），更改参数后的图形如图11。国号llMMKhin疇WerSMO&n.图10-營f!Ul-8jOm*i-WS=342lCOOiirTWSS程=3407.30m疇堀辭昆=帧皿m-WSg=333S(Br-if_:f-；-C.J疇T3她询后M=(m图112.4.2.溢流坝段重力坝溢流
13、坝段剖面图形由顶部曲线段、中间直线段和反弧段三部分组成。溢流坝与挡水坝相比较，有其自身的结构特点尼的草图结构要比挡水坝复杂了很多。挡水坝典型剖面相对简单，可以运用草图工作台提供的绘图命令直接完成典型剖面草图的绘制。而溢流坝则不同，它的典型剖面中包含下游反弧段和堰顶下游堰面曲线一WES幕曲线等复杂的曲线，特别是WES幕曲线是不能通过草图工作台提供的绘图命令直接绘制的。为保证WES幕曲线精准性，可以通过CATIA中规则曲线进行绘制。WES曲线绘制对WES幕曲线方程进行分析。WES幕曲线方程的表达式为：Xn=kHn-1y。dx，y表示草图中曲线的横纵坐标，而曲线的形状有参数k，n和H来控制。在_d这
14、里设置三个用户参数：“h堰面曲线定型水头”、“WES曲线系数：k”和d“WES系数n”分别代表系数：k，n和h。以后通过修改这三个用户参数，d来实现对WES曲线形状的控制。新建“k”、“n”、“h”和“参考线长度”参数，在要绘制WES曲线d的平面上，绘制一条水平参考线，长度通过公式关联参数参考线长度”；用fog”命令新建一个WES曲线规则，规则中编辑如下公式，y=-1*(1/k)*Hd*(1-n)*(参考线长度/1mm*x)*n，如图12。公式中有两点需要注意：在CATIA中要输入xn,则要输成x*n；自变量X的类型必须为实数，且CATIA中规定x的范围是从0到1变化，所以要画WES曲线，必须
15、在x前面乘以一个系数，即参数“参考线的长度”。fog规则建立完成后，将CATIA工作界面切换到“形状的创成外形设计”中，选用“线框”工具栏中的“平行曲线定义”命令绘制WES曲线，如图13,对话框中的“曲线”选择“参考直线”，支持面选择WES曲线所在平面，常量这一栏单击“法则曲线”按钮，弹出法则曲线定义对话框，选择法则曲线类型为“高级”，法则曲线元素选择新建的fog规则，绘制的WES曲线，如图14。溢流坝剖面的其它曲线可按照绘制挡水坝剖面曲线的方法逐一绘制，对绘制的溢流坝剖面草图进行“凸台”（方法见挡水坝段），得到实体溢流坝段，如图15。图12图13图14图152.5.模板设计在上文中基于重力坝的挡水坝段和溢流坝段各自的特征参数建立了相关模型，而且可以通过更改特征参数实现图形的变换。当设计其它重力坝时，想要调用这两个图形，则需要用到模板设计。将这两个图形保存为模板，外部调用时，只需要在CATIA模板库中调用就行。下面介绍重力坝挡水坝段的模板设计，溢流坝段的模板设计可参照挡水坝段的模板设计。挡水坝段的模板设计有三种途径可以做到，分别为
