实体模型论文（精选8篇）
实体模型论文 篇1
0 引言
基于实物的产品原型对产品实体模型反求要经过点云数据获取、点云数据预处理、多边形处理、曲面片划分与调整、NURBS曲面拟合、CAD建模等步骤。借助Geomagic软件可以完成从实体零件扫描得到的点云数据处理到生成NURBS曲面的过程。本文结合油田阀门实体模型反求对这一过程进行说明。
1 油田阀门点云数据的获得与处理
1.1 油田阀门点云数据获取
数据获取是反求工程CAD建模的首要环节,根据测量方式的不同,数据采集方法可以分为接触式测量和非接触式测量两大类。接触式测量方法通过传感测头与样件的接触而记录表面点的坐标位置;非接触式测量方法主要是基于光学、声学、磁学等领域中的基本原理,将一定的物理模拟量通过适当的算法转换为样件表面的坐标点。本文采取非接触式测量方法进行测量,获取的点云数据如图1所示。
1.2 油田阀门点云数据的预处理
由于实际测量中受到各种人为因素或者随机因素的影响,使得测量结果中包含杂点、噪声、冗点。为了后续工作能够方便准确地进行,在保证精度和特征的条件下有必要对点云进行去除杂点、噪声、冗点以及数据精简操作,预处理后的误差分析结果如图2所示。分析结果表明,处理后的点云是满足要求的。之后生成STL格式的三角面片模型,如图3所示。
2 油田阀门多边形结构的生成
由于三角面片的质量直接影响到后续的曲面生成,所以必须对三角面进行细致的处理,处理的原则是要得到完整、光滑但是不变形的三角面网格模型。
2.1 油田阀门多边形的修补
由于扫描时不可能把零件的全部特征扫到,所以扫描后的特征会有缺失,出现空洞,这时就要对缺少数据的空洞进行修补。因为空洞的边界往往比较杂乱,所以修补应遵循先删后补的原则,直到空洞周边的三角面无翘曲、曲率基本一致为止。选取“基本曲率填充”选项进行修补,可得到近似无痕迹的修补效果。有些部位虽然没有空洞但三角面杂乱,也可以删除这些杂乱三角形,再进行修补。
2.2 去除油田阀门多边形上的多余部分
质量不好的点重叠在一起或者曲率不规则的地方容易产生一些多余的部分,看上去很粗糙,可以用“去除特征”命令将其消除。
2.3 油田阀门多边形数量的调整
由于多边形的数量过多会严重影响到后期计算机的处理速度,所以在保证精度的前提下要适当地对多边形进行简化,这个阶段使用“简化多边形”命令。
2.4 油田阀门多边形的光滑
经过以上几步处理后,可能还会存在一些看上去不光滑的地方,这就要借助“砂纸”工具对其进行打光。至此已经得到一个基本光顺的模型,效果如图4所示。
2.5 油田阀门轮廓曲线的获得
为了能够准确地获得零件的边缘尺寸,有必要生成轮廓曲线。这里使用“横截面”命令,使用系统xy、yz、zx三个平面与片体相交,之后将得到需要的轮廓曲线。在这个步骤中,面与面之间的距离一定要取的得当。距离太近,则在提取曲线时很麻烦,另外也影响计算机的计算速度;距离太大,则不能很好地获得曲面的特征。本例中面与面之间的距离为3 mm,效果如图5所示。把生成的轮廓曲线保存为igs格式。
3 油田阀门NURBS曲面的生成
对Geomagic中曲面片的划分是做好曲面的关键,它是以曲面分析为基础的。曲面不能分的太小,否则得到的曲面太碎;曲面片也不能分得过大,否则不能很好地捕捉到点云的形状,得到的曲面质量也较差。
构建曲面片的基本原则是:①使每一块曲面片的曲率变化尽量均匀,这样拟合曲面时就能够更好地捕捉到点云的外形,降低拟合误差;②使每一块曲面片尽量为四边曲面。在Geomagic中,曲面片的划分有两层含义,一个是全局意义,即曲面块的构建;另一个是局部意义,即每一个Panel内部各个Patchs的划分和排列。要得到高质量的曲面必须做好这两件事情。
3.1 油田阀门轮廓线的编辑
曲面分块的原则是按曲率和特征划分,本文采取特征曲线划分。首先采取多边形模式下的“自动探索轮廓线”的方法自动检测到特征线,然后对其进行抽取轮廓线。但是通过这种方法不是总能得到想要的结果,所以这里采取“编辑轮廓线”命令进行手动编辑,最终得到的轮廓线如图6所示。
3.2 构建油田阀门曲面片与网格
使用“构造曲面片”命令中的“自动估计”命令自动生成曲面片。之后使用“移动面板”对曲面片进行优化编辑,原则是使面片分布更整齐,数量更合理,调整后效果如图7所示。
3.3 油田阀门 NURBS曲面拟合
使用“构造格栅”命令进行格栅的构造,原则是使每一曲面片的网格数目都是相等的,其数目要视曲面片划分的大小而定,数目太少可能会漏掉一些特征,这里设为12。接下来完成在Geomagic中的最后一步,即拟合曲面,使用“拟合曲面”命令进行拟合,并将此文件保存为iges格式文件,拟合后的效果如图8所示。下面对重构的结果使用“3D比较”命令进行偏差分析,分析结果表明重构的结果基本满足要求,分析结果如图9所示。
4 结语
通过实践证明,当零件精度要求不是特别高时,利用 Geomagic软件逆向重构速度快、准确度高的优点对零件进行逆向设计可显著提高设计效率,缩短产品开发周期。
摘要：通过油田阀门的反求实例详细介绍了基于Geomagic的零件重构过程和应注意的事项。
关键词：逆向工程,Geomagic,曲面重构
参考文献
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[4]高长银,吴晓玲,赵辉.UGNX 5.0整机设计[M].北京:电子工业出版社,2007.
实体模型论文 篇2
关键词：基础医学；教学模型；3D模型
中图分类号：G434 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2015）12-0082-03
一、引言
民族医学院校基础医学教学传统的媒体教学方式多以文字、图片、声音或视频资料出现，必要时加以课堂展示医学实体模型，满足教育课堂的需要。而传统的教学模型具有价高、易损、不便携带、不能修改、同规格模型数量少等不足，应用计算机软件结合多媒体技术建立基于三维技术的虚拟模型资源，则可以克服传统教具的一些缺点。因为实体模型虚拟化采用了三维数字化技术、高分辨显示的科学可视化技术，能够在常见的显示器屏幕呈现逼真的虚拟场景，并能使用户与场景进行实时交互，感知和操作虚拟对象，成为现有教学模型较好的辅助资源新形式，使学校的实体教学模型分别存在于现实世界和虚拟世界，实现虚实的有机融合[1]，互为补充，各自发挥优势。我们进行初步研究和探索的教具涉及基础医学的多门课程，包括人体解剖学、组织学与胚胎学、病理学、口腔组织病理学、民族民间医疗技法，在此简要介绍教学模型三维虚拟化的必要性、一些实例和做法，希望有一定的借鉴作用。
二、教学模型资源三维虚拟数字化实践意义
首先，可以在教学使用中部分取代实物模型，从而消除了实物模型因体积或重量造成的携带不便的缺点。另一方面，传统的实物教学模型随着时间推移而逐渐老化、变色并且不能够修改，把这些实物模型仿真现实数字化是科技时代不断进步的需要。虚拟模型还可以起到保存部分稀缺资源的作用，如人体胚胎发育标本，当前购买的途径越来越少，通过三维虚拟处理可以延续发挥其应有的作用。
其次，医学教学虚拟模型可以载入网络，改变以往课本上只是平面图片模型图的单一学习媒体，弥补传统教学模型的局限，扩展模型教育活动空间，对提高学生分析问题、解决问题的能力和自学能力有很大的帮助。虚拟模型有生动的三维表现能力、更强大的交互能力，可以极大地促进学生自主学习的兴趣，从而为场景式教学、任务驱动式教学等教学改革提供一个非常好的教学内容展示形式[2]。
再次，结合民族医学院校的教育条件，开展教学模型资源三维虚拟数字化实践，进行教育资源本地化建设，挖掘本土潜力，更好发挥本土资源优势也是很有意义的。3D技术是近十几年来兴起的新媒体资源，尚未十分普及，学校的技术环境滞后于时代，因此，我们开展教学模型资源三维虚拟数字化的实践与应用，有利于扩展学生的技术视野与经验， 接触逼真体验和基于自然的人机交互，有益于他们未来对现有基础的超越与创新，也为今后教育技术研究工作做些有益的探索。
三、教学模型资源三维虚拟建模技术实例设计与建设
随着计算机技术的发展，目前应用于教学模型的三维虚拟场景可视化制作技术逐渐增多，最终主要有WRL、FLASH等格式和JAVA环境应用格式，这些格式都很方便在网络中应用共享。
而虚拟现实三维建模技术中，主要有基于几何模型的三维建模技术和基于图像的三维建模技术两种。基于几何模型的建模技术是以计算机图形学为基础，用多边形构造虚拟对象三维几何模型，然后进行纹理映射、模型的可见消隐和控制参数的设定等。基于图像的建模技术是利用照相机采集的静态图像或摄像机采集的动态图像作基础数据，经过图像处理生成仿真的三维模型。此建模方法需要高性能的照相与摄影装备，比较适合于真实自然场景的仿真[3]。
案例一
利用三维建模软件3DMAX和VRML语言完成虚拟胎儿期（人体发生第4～8周）圆柱体胚体的设计实例，其交互性及沉浸性有利于学生从各个角度观察和学习。具体的设计方法和实现途径如下：
（1）利用3DMAX制作管状体3个，为使它们能互相包含，注意各个管状体的内径和外径高度的设置输入数值有机衔接，分别输出为WRL格式的三维部件。
（2）在VrmlPad编辑软件中引用调入上一步生成的WRL格式部件，并调整好三者的位置关系。
（3）在VRML编辑工具中找到中小管状体，分别增加PlaneSensor节点，结合translation_changed事件，调整并测试对应管状体，用鼠标拖拽被感应的管状体时的移动范围，最终形成整体结构和操作具有一定教学内容意义的模型（见图1）。
案例二
基于图像的建模技术生成WRL格式的虚拟场景。由于实际的教学实体模型很多是非对称结构的，需要综合应用一些3D建模软件开发制作。
（1）使用数码相机抓拍物体、人物或场景，利用类似PhotoModerler Pro之类软件将照片转换成初步的三维模型（见图2）。
（2）在对模型有了整体的了解之后，借助强大的3DMAX进行修改整合完成模型的建设（见图3）。注意灵活运用3DMAX中的基本几何体建模、扩展几何体建模等三维建模技术[4]。
（3）把制作的3D模型载入三维浏览器中（普通浏览器安装如Cortona或BS contact程序插件，或在PPT中的控件工具箱点选BScontactVRML control对象），即可体验生动的三维表现能力和强大的交互能力（见图4）。
四、实体教学模型虚拟化建设与整合
教师在针对教与学制定教学设计、选择教学资源方面很有发言权，所以我们与一线教师主动联系，让他们提供课堂上常用的教学模型，由我们制作成三维虚拟模型后再交给教师应用于实际课堂辅助教学，学生反应较好，这也提高了教师的积极主动性，更多的教师参与到项目建设工作上来，让项目建设得以有效持续开展。另外，整合已经建设的三维模型形成一个专题网站，网站放在学校中心机房服务器，方便师生的浏览与调用，成为师生教学的辅助资源，也成为教师参加各级教学课件、软件比赛交流和撰写教研论文的特色资源。
例如在整合三维模型网站环节，我们结合360°可环视FLASH技术，制作成“实体教学模型虚拟馆”的新颖虚拟样式，突出网站虚拟特点，用户可以自由操纵场景位置并点击模型图案进入所选模型的三维展示页面（见图5）。
五、总结与展望
虚拟3D模型良好的拟实性可以弥补传统实体教学模型的一些不足，用户可以通过IE浏览器与场景进行实时交互，感知和操作虚拟对象，逼真感受到这些数字模型教具的存在。通过虚拟场景向学生提供更为丰富的信息，为学生营造出形象逼真的学习环境，活跃思维，增强教学的趣味性和启发性，形成有利于知识意义构造的学习情境，使课堂得到优化。
目前本项目的部分成果已初步构建原创微3D网站（http：//210.36.228.39/wei3d），以供用户通过网络随时在线调用，还分别置入基础医学的多门精品课程，并发放给基础医学多个教研室的教师近百个三维模型供实际教学使用，在相应内容课件里嵌入项目相应的教学模型虚拟场景，实现师生对实体属性的感受性需求[5]，深受教师和学生的喜爱。但距离满足师生对虚拟现实世界的要求还很远，还有许多关键性的技术需要我们深入学习和探讨。
参考文献：
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实体模型论文 篇3
针对上述问题,本文提出了快速分析建模的技术。以UG NX作为快速建模技术的系统应用平台,开发出了车身承载结构的快速建模系统。
1 客车承载结构参数化建模
基于特征的参数化建模技术的优点是可以使用一组参数来控制设计结果,从而能通过变换一组参数值,方便地创建一系列形状相似的零部件。
基于特征的参数化建模方法,对车身承载结构的建模特征进行分析,研究参数和几何参数之间的关系和变化规律;模拟传统车身组件建模流程,逐一分析建模各阶段特征的几何参数、特征参数。例如,在建立截面草图几何特征时,需提供的特征参数就包含草图基本点信息和方向矢量信息。
对特征集的几何拓扑关系进行分析,确保实体模型的约束完整性。特征参数的相互关系见特征拓扑关系图(图2)。
参数化模型有两种基本形式:基于约束的模型和基于历史的模型[4]。为了最终实现的方便,可将两种模型联合使用[5]。利用约束模型表示用户输入和传递的特征对象,同时,在生成环境中将特征对象,通过偏置或者扫掠等操作扩展为一个体,利用基于历史的方法记录用户构造特征体上的每一步过程,最后完成模型设计。
通过分析特征参数和几何参数间的相关性,建立了客车承载结构建模的参数化过程模型,见图3。参数化过程模型最终成为应用面向对象编程(Object-orientation Programming)技术进行程序设计的问题域模型。图3中约束模型表达了整个建模过程的特征关联性,构件接头模型建立方法与此类似。
2 建模系统开发关键技术
在Visual.net环境下,OOP能够完全模拟手工建模的整个过程,生成特征的再编辑性强,有强大丰富的函数/类库支持。选择应用OOP技术的NX OPEN C++作为二次开发的接口语言,使用MenuScript、UIStyler创建菜单、工具栏以及对话框脚本文件,同时基于Visual.net平台完成编译,得到的脚本文件与NX系统有良好的兼容性。
NX提供的用户记录(Journal)功能可自动记录交互环境下用户的操作过程,并生成相应的VB.NET、Java和C++脚本文件,在程序设计时可参考Journal脚本文件。同时,Journal脚本文件可帮助程序设计人员迅速熟悉类的操作,提高程序设计速度和效率。
3 应用快速建模技术的系统实现流程
依据应用参数化建模技术完成的特征关系分析和参数驱动模型,完成程序结构流程设计。图4就是整个快速建模程序的结构化流程。快速连接模块结构化建模流程实现过程与此相似。
在文献[9]表述的开发流程基础上,通过使用Journal工具提出当前实例代码片段,辅助用户完成自定义算法和函数调用操作。通过visual.net平台编译生成的dll文件,可放入指定的目录,使用下拉菜单脚本文件调用对话框代码,由对话框回调函数执行来实现用户自定义参数化建模。图5为快速建模系统的建模方案实施流程。
4 结论
基于特征分析和OOP技术的特征参数化模型可以准确描述产品模型的建立方式、模型中表达功能和几何信息的映射以及蕴含在模型中的知识信息。此快速建模系统作为NX软件的第三方工具,通用性强,适用于客车设计单位所有车型的开发工作。如图6中显示某车型承载结构局部模型,通过应用快速建模系统,减少了建模时间,解决了承载结构建模效率低的问题,提高了客车开发、转型的工作效率。作为车身设计专家系统的子系统,此快速建模系统为车身设计专家系统的进一步完善提供了理论、实践依据。需要指出的是,快速建模技术在CAE方面的应用还有待进一步的研究,这为完善车身设计专家系统的下一步工作指明了方向。
摘要：针对客车承载结构建模效率低的问题,提出了基于特征分析的参数化建模技术。文中重点研究了参数化特征模型的建立方法和面向对象程序实现的关键技术,并基于Visual.net和NX平台实现了应用该技术的快速建模系统的开发。
关键词：客车承载结构,参数化建模,面向对象编程
参考文献
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实体模型论文 篇4
智慧物联网的关键是实现智慧交互, 发现其实体间的交互关系便成为关键问题之一, 而目前物联网对自然语言信息研究不足。因此本文通过研究语义实体关系抽取来进一步地增加物联网的智慧性。
目前Collins的卷积树核函数较其他树核函数更能效捕获结构化特征, 具有较高的准确率和召回率, 因此在关系抽取及自然语言处理的其它任务中获得了广泛的应用[1]。但是其存在一个关键问题, 即其未能充分使用语义信息。Liu等通过加入知网或同义词信息的手段利用了语义信息, 但此方法对于一词多义等情况无法处理。基于上述问题, 本文提出了一种基于语义角色标注的卷积树核模型。
二、一种基于语义角色标注的卷积树核模型
本文提出的基于语义角色标注的卷积树核模型工作流程为:首先, 对经过初步分词标注等处理后的语料进行语义角色标注, 生成优化后的SPT解析树;然后, 使用卷积树核函数计算, 最后将计算结果提交给分类器训练并进行抽取测试, 如图1 所示。
2.1语义角色标注
语义角色标注 (Semantic Role labeling) 是指对句子中谓词所支配的词语进行语义成分分析, 并自动标注各成分所扮演的语义角色。
如图2所示, 语义角色标注主要包括三个任务:
1) 识别出句子中的谓词 (一般为动词) ;
2) 对识别出的谓词进行语义的判定 (如图2 中“打人”、“打游戏”中的“打”具有不同的语义) ;
3) 识别谓词支配词 (论元) , 并对其的角色做出判定 (施事、受事、时间、方式……) 。
同样是使用语义信息的方法, 加入《同义词词林》或者《知网》的语义特征处理办法只有在标注同义词或者近义词时才能取得效果, 但在图2 的例句中, 两个句子里的谓词“打”在字面上没有任何区别, 所以依靠同义词标注不能准确的标注出两句的差异, 而语义角色标注却能很高效且准确地解决这一类问题, 通过对打字做谓词语义的判定即可区分出两个句子中实体关系的不同。
2.2 最短路径包含树的改进方法
最短路径包含树 (SPT) 虽然含有丰富的结构化信息, 但其含有较多的噪声信息并且存在结构化信息不完整的情况, 本文在SPT基础上提出了一种最短路径包含树的改进方法。
本文主要使用删除无用修饰结构的方法来切割掉冗余实例结构。冗余修饰结构是指实体的修饰语如形容词、冠词等, 由于这些修饰结构距离实体很近, 在生成SPT时会留下部分修饰语结构, 如果句子的主干比较完整, 这些修饰信息对实体关系抽取几乎没有正面影响, 反而使分类器的性能降低, 所以要将SPT中对实体的修饰结构进行删除。
谓语动词是非常重要的语义元素, 很多交互关系可以依靠谓语动词体现。但是初始的SPT算法会在很多情况下切割掉本来有用的动词结构。此外, 如果没有谓词结构则语义角色标记就无法进行, 所以要恢复被误删的谓词, 使得语义角色可以顺利标注。
三、实验结果
本文的实验数据使用“搜狗实验室”语料精简版, 择取其中700 篇文章, 其中600 篇作为训练语料, 100 篇作为测试语料;数据经过百度NLPC平台进行预处理;选择lib SVM作为SVM分类器。
针对本文提出的卷积树核关系抽取模型, 主要通过准确率 (P) , 召回率 (R) 和综合评价指标 (F-Measure:准确率和召回率加权调和平均) 来验证关系抽取的性能。本文的实验主要为卷积树核模型引入同义词信息和语义角色后的关系抽取性能验证;
如表1 所示, 本文设计的卷积核树模型在进行语义角色标注后, 准确率和召回率较加入同义词信息的方法均有提升, 证明在利用语义信息的方法上, 语义角色性能强于同义词信息。
四、总结与展望
本文在智慧物联的背景下提出一种基于语义角色标注的关系抽取方法, 充分利用了角色语义信息, 提升了卷积树核模型的性能。不过该模型依然有待改进之处:在生成最短路径包含树时, 有动词会被误删, 所以后续会进一步优化最短路径树算法。
摘要：物联网实体关系抽取是研究物联网智慧交互的关键问题之一, 针对物联网中的自然语言, 当前基于树核函数的关系抽取方法因可选择不同的树结构与核函数而被广泛应用, 但其尚未很好地利用语义特征导致召回率不高。为解决此问题, 本文提出了一种基于语义角色标注的关系抽取模型。实验结果表明, 使用语义角色标注有助于提高关系抽取的性能。
关键词：关系抽取,语义角色,卷积树核函数
参考文献
[1]Collins M, Duffy N.Convolution kernels for natural language[C].Advances in neural information processing systems.2001:625-632.
实体模型论文 篇5
本文对一座公路双曲拱桥通过改肋式截面为箱形截面加固后, 其在应力分布、结构变位等方面的研究, 通过应用Midas-FEA分别建立加固前、后空间模型进行比较得知, 双曲拱桥在采取改肋式截面为箱形截面加固后, 能有效地解决该桥型承载能力差和横向联系不足的缺点。
1 桥梁概况
泾口大桥建成于20世纪70年代, 是跨越抚河的一座重要公路桥梁。大桥全长280.4 m。上部构造为5孔净跨径约为50 m的空腹式双曲拱桥。大桥主拱圈净矢跨比为1/8, 拱轴线采用等截面悬链线。
2 病害介绍
通过对泾口大桥进行结构检测与病害调查, 主要存在以下病害:1) 大桥主肋混凝土碎落、主筋外露、严重锈蚀, 实测拱轴线与理论拱轴线相差过大;2) 主拱圈纵桥向开裂, 部分拱波断裂, 减弱了主拱圈的横向联系, 使得各主拱肋受力不均;3) 主拱肋与横系梁衔接处混凝土脱落, 进一步减弱了主拱圈的横向联系;4) 腹拱墩竖直向开裂, 各跨腹拱墩与腹拱圈衔接处开裂, 且产生纵桥向位移, 危及桥梁使用安全;5) 侧墙多处竖直向开裂, 个别处砌石松动;6) 桥面纵横向开裂严重, 并多处沉陷, 增加了车辆通过时的冲击。
检测报告对大桥现状评定结论, 经综合计算评估, 全桥结构技术状况指标Dr=37.4, 评估泾口大桥目前技术状况等级为四类, 为偏于危险的状态, 应进行大修改建。
3 加固措施
1) 在主拱圈下缘现浇15 cm~20 cm厚的整体式钢筋混凝土底板, 并在原拱肋上按照最大30 cm间距设置锚筋, 并将锚筋和钢筋网点焊牢固, 浇筑C40钢筋混凝土底板;2) 在距各拱脚最近的腹孔范围内按计算负弯矩范围的拱板上缘均现浇一层10 cm~15 cm厚的钢筋混凝土, 提高主拱圈拱脚截面的抗负弯矩能力。
4 建立空间模型分析
1) 建模原则。采用FEA建模主要是为了比对桥梁在加固前、后, 主拱圈整体刚度和各构件应力应变的变化情况, 故仅建立主拱圈裸拱实体单元模型, 分施工阶段考虑各类构件受力状况。张劲泉等编著的《公路旧桥检算分析指南及工程实例》[1]书中提到, 带拱上建筑的双曲拱桥借助于计算机建立简单的裸拱模型可大大简化计算过程且裸拱在计算时对主拱圈结构是不利的。主要表现在拱上建筑对1/4L及拱脚截面的弯矩有较大的折减, 对拱顶弯矩折减较小。关键截面的轴力几乎没有折减, 所以采用裸拱不考虑拱上建筑对主拱圈受力的有利作用对泾口大桥建模计算是偏安全的, 计算时, 仅将拱上建筑作为静力荷载作用在裸拱相应位置。汽车荷载按《公路桥涵设计通用规范》[2]中相关条款, 对桥梁整体验算应采用车道荷载的原则, 将车道荷载按最不利影响线位置加载到裸拱上。
2) 建立模型。本次建模对拱肋、拱波和现浇拱板均选用3D实体单元 (solid element) , 实体单元可以适用于各种阶次的线性分析和非线性分析。双曲拱桥实体模型建模采用Midas-FEA提供的网格扫描功能, 先将主拱圈拱肋、拱波和拱板按实际坐标分别形成面, 对规则的面采用映射网格K线面划分面网格, 对不规则面采用自动划分网格功能进行面网格划分。由于双曲拱桥各构件的截面尺寸过小, 面网格大小控制在10 cm左右 (见图1) 。
面网格划分好后, 采用网格扫描功能, 将主拱圈截面已划分好的面网格按选取的最不利跨拱轴线扫描形成实体单元网格。
本次荷载检算加固前、后均按照公路—Ⅱ级进行验算, 根据大桥桥面净宽, 按照规范桥面可布载双车道, 考虑最不利荷载工况按双车道偏载进行影响线加载。由于双曲拱桥主拱圈为少筋结构, 是主要承受压力结构, 本次检算对单拱肋按轴力影响线对关注的截面计算影响线。
本次结构检算按照线性静力分析输出结果。实体单元模型仅评价泾口大桥加固前、后的加固效果, 未按现行规范设置荷载组合系数, 荷载工况仅考虑两种形式:
荷载工况一:自重+拱上建筑+车道荷载+温度上升。
荷载工况二:自重+拱上建筑+车道荷载+温度下降。
在各荷载工况作用下, 主拱圈加固前、后在三维坐标系统中的变化情况如表1所示。
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通过对泾口大桥主拱圈在最不利荷载工况一作用下加固前、后结构沿X, Y, Z轴位移值的变化可以看出, 双曲拱桥主拱圈在采取改肋式截面为箱形截面加固后, 横桥向 (X轴) 变形明显减小, 主拱圈增设底板后横向联系作用明显;纵桥向 (Y轴) 变形减小约50%, 纵桥向变形减小意味着主拱圈在除拱脚和拱顶区域外, 其余截面在荷载作用下的挠度大为减小;主拱圈竖向变位 (Z轴) 在偏载作用下, 未施加汽车荷载的一侧在1/4跨至拱顶范围存在上拱现象, 这是由于新增底板在升温作用下产生了上拱, 由于上拱数值呈现正态分布, 且最大上拱值处应力未超限值。故认为上拱对于结构物不会产生失稳, 且一定程度上有利于结构物受力。
通过对泾口大桥主拱圈在最不利荷载工况二作用下加固前、后结构沿X, Y, Z轴位移值的变化可以看出, 双曲拱桥主拱圈在采取改肋式截面为箱形截面加固后, 横桥向 (X轴) 变形亦明显减小, 进一步说明主拱圈增设底板后加强了横向联系作用;纵桥向 (Y轴) 变形极值未产生明显变化, 但应力分布情况较未加固前好, 主要表现在最大正方向变形和最大负方向变形分布单元的百分比降低;主拱圈竖向变位 (Z轴) 在拱脚位置上拱有所增加, 在拱顶范围内竖向挠度明显减小。对比拱脚处拉应力值可以发现主拱圈增设底板后, 在降温作用下拱脚负弯矩有所增加, 这是由于新增底板的重量由原主拱圈承担, 而原主拱圈拱板又未加强所致。
由于拱桥在降温时拱圈正负弯矩将增大, 故对主拱圈在荷载工况二作用下的主应力进行分析对比 (见图2, 图3) 。
通过对加固前、后主拱圈主应力对比可知, 双曲拱桥在改肋式截面为箱形截面加固后, 应力分布更加均匀, 尤其对于原拱肋应力变化更加均匀。其在偏载作用下, 拱肋较加固前最大应力值明显减小。
5 主拱圈加固施工关键技术
新老混凝土的粘结问题目前已广泛存在于既有混凝土结构补强、维修加固及新建混凝土工程中。新老混凝土结合主要有两方面的问题:1) 剪力键的设置问题, 目前主要采取设置锚固钢筋措施来达到新老混凝土共同作用的目的。2) 新老混凝土界面的结合问题, 目前常用的方法是涂刷界面粘结剂。对于拱桥来说, 由于是在原主拱圈下缘增设新混凝土, 新混凝土在自重作用下, 混凝土产生收缩徐变作用, 极易导致新老拱圈 (拱肋) 间产生间隙。间隙产生后, 使得新老结合处成为加固后主拱圈的薄弱层, 应力的传递不平顺。尤其在活载冲击作用下, 新老混凝土间的混凝土容易脱落, 形成更大的空隙, 空隙的存在, 使得水和空气进一步侵蚀入主拱圈, 使得传递剪力的锚固钢筋进一步锈蚀, 从而导致新增混凝土结构不能和老混凝土结构共同受力, 整体性变差。
本文提出在新浇筑混凝土时, 在新老混凝土结合面层预埋压浆嘴, 在结构新增混凝土初凝并运营达到稳定后, 通过压注水泥净浆至新老混凝土间, 并通过有效设置检测孔, 使得浆液充满整个空隙, 待压入水泥浆成强度后, 使得新老混凝土共同作用。新老混凝土结合面预埋灌浆孔和检测孔示意图见图4。
灌浆孔预埋压浆嘴, 压浆嘴采用钢质材料制作而成, 输浆及送气管采用ф9 mm、耐压1 MPa以上的耐压管。压浆嘴每间隔200 cm设置一处, 在两个压浆嘴之间设置一个检测孔, 检测孔可用PVC管填塞 (防止浇筑混凝土时堵塞检测孔) , 注意边缘压浆嘴距离套拱边缘线30 cm以上。
试漏检测可采用水泥净浆检测孔灌浆 (注意开始压力应小些, 然后逐渐升高) , 压力一般为0.3 MPa~0.5 MPa, 最高不要超过0.5 MPa, 持荷时间为3 min, 待邻近孔有浆液流出时, 即停止压浆, 再进行下一检测孔的测试。施工过程中, 灌浆顺序应按从边孔到中孔、由拱脚往拱顶的顺序对称检测。
6 结语
本文以泾口大桥双曲拱桥改肋式截面为箱形截面加固为研究对象, 通过建立实体单元模型对大桥加固前、后的变形和应力情况进行分析比较, 得出了双曲拱桥改肋式截面为箱形截面加固的理论可行性。最后通过实际施工, 介绍了解决加固施工时新老混凝土结合处理措施, 对于指导类似工程实施有着一定的参考价值。
参考文献
[1]张劲泉.公路旧桥检算分析指南及工程实例[M].北京:人民交通出版社, 2007.
实体模型论文 篇6
基桩低应变检测应力波反射法是以应力波在桩身中传播的反射特征为理论基础的一种方法。该方法将桩假定为连续弹性的一维截面均质杆件,并且不考虑桩周土体对沿桩身传播的应力波的影响。当在桩顶施加一瞬态锤击激振力时,将在桩内激发应力波,由于桩与周围土层之间的波阻抗差异悬殊,应力波的大部分能量将在桩内传播,当桩长L>>桩径D,应力波波长λ>>D时,桩可以看作一维杆件,应力波在桩内传播可以采用一维杆波动方程计算。垂直入射的应力波在桩内传播过程中,当桩内存在有波阻抗差异界面时,波将产生反射波和透射波,反射波将沿桩身反向传播到桩顶,而透射波继续向下传播。桩身的缺陷、桩底均可以根据桩顶接受到的反射波的相位、振幅、频率特性来判断。
目前关于基桩动测曲线的数值模拟大部分是基于一系列假定的一维杆状模型,例如潘冬子“应力波反射法测混凝土桩完整性的数值模拟及实验研究”[1],陈国安“基桩低应变检测的波动方程法数值计算”[2],孙涛“基桩低应变检测曲线的拟合分析”[3]等等。事实上,基桩是属于三维实体的,因此有必要对此进行研究探讨。
ABAQUS是一套功能强大的工程模拟的有限元软件,其解决问题的范围从相对简单的线性问题到复杂的非线性问题。作为通用的模拟工具,ABAQUS除了能解决大量结构静力问题,还可以模拟工程领域的许多动力问题,例如模拟大坝在地震荷载下的动力响应,构件在冲击荷载下的动力响应等。ABAQUS在模拟过程中能够方便地提取任意点的位移、速度、加速度等参数。由上述可知,利用ABAQUS提取桩顶速度或加速度,再利用应力波反射法原理来判断基桩缺陷在理论上是可行的。
1 ABAQUS建模说明
通过ABAQUS中的cae模块能够方便地建立各种缺陷的基桩模型。
ABAQUS动力分析直接积分法包括ABAQUS/implicit(隐式)和ABAQUS/explicit(显式),考虑到低应变检测下,整个桩及其桩周土都处于弹性状态,桩土之间没有相对位移,模型不是很大,接触问题简单,问题是光滑的非线性问题,ABAQUS/implicit动力分析方法能够很好地解决问题,而且求解效率也较高,因此本文采用ABAQUS/implicit动力分析方法[4]。桩土之间采用绑定约束,桩土之间没有相对位移。
根据前人大量实验经验,激振力采用如式(1)所示的升余弦脉冲来模拟,能很好地符合实际检测中的激振力,这里取T=0.1ms,I=1N·s。
反射波检测原理是一维应力波理论,是基于波在一维杆中传播的反射特性的。而实际的桩往往有横向尺寸,当在桩顶作用激振力时,应力波不仅会沿桩轴向传播,同时也会沿着桩横向传播,这一个过程反复就会形成高频干扰,因此检测中必须减小三维效应的影响。当激振半径越小,三维效应越明显,激振力为桩顶集中力时三维效应最大,当激振力为桩顶均布荷载时,三维效应最小[5]。为了减小三维效应同时符合实际基桩检测情况,取激振半径为桩顶中心半径为4cm的圆。三维效应还与高频干扰和传感器放置位置有密切关系[6],本文分别提取了中心点、0.5R、0.6R、2/3R(R为桩的半径)四个点处的数据。
模型材料参数:低应变检测下,整个桩及其桩周土都处于弹性状态。因此均取为弹性参数即可。
模型网格:根据估计波速确定网格大小。以C25混凝土为例,波速C为:
冲击荷载的跨度在10个单元内是较为合适的,(T×C)/10=0.034m,因此单元大小划分为3cm,单元类型选用四面体单元,因为经计算对比,四面体单元计算效率比六面体高很多,计算精度也能满足要求。
分析步时长:反射波必须包括入射到从桩底反射回来的波,以本文6m长的桩为例,初步估计分析步时间为2L/C=3.5ms,分析步时间取为5ms。
数据提取:低应变反射波法测桩中通常提取1024个点,模拟中将分析步1024等分,时间增量步取为4.8E-6。
2 模拟五根桩
对武汉某科研单位的五根模型桩进行相应的数值模拟,C25混凝土桩参数:密度2400kg/m3,弹性模量2.8E+10,泊松比0.17;桩周土(粘土)参数:密度1500kg/m3,弹性模量4E+8,泊松比0.25。五根桩的缺陷情况如下表。
对模型桩不同低通滤波值采样数据进行对比,由于各个桩的不同低通滤波值采样数据对比结果均相同,现在选取1号桩进行分析说明。
如图1所示,通过对比可以发现,低通滤波值为800Hz采样得到的数据震荡很明显,低通滤波值为1200Hz采样得到的数据相对平滑。因此判断基桩缺陷时选取低通滤波值为1200Hz采样得到的数据可以提高准确性。后面进行模拟曲线与模型桩数据对比时,模型桩数据也选取低通滤波值为1200Hz采样得到的数据。
对模拟桩各个测点的时程曲线进行对比,由于各个桩的不同测点数据对比结果均相同,现在选取1号桩进行分析说明。
如图2所示,桩的中心点(0R)处波形震荡相当明显,而且在加载波的末端出现了反方向的拉伸波,拉伸波波幅很大。原因是中心点位于加载部位,加载时,加载部位会有一个相对较大的、向下的压缩变形,加载结束后,加载部位弹性恢复就回产生一个向上的拉伸波。因此基桩缺陷检测测点位置要远离桩的中心点,避开由于冲击过程中压缩变形和弹性恢复带来的影响。
桩顶作用激振力时,应力波会同时沿桩轴向(桩长)和桩横向(桩径)传播,应力波传到桩边缘时,也会反射回来,这个过程是反复的,测点布置在边缘,高频振荡也会加剧。因此沿着桩横向高频干扰是一个高低高的过程,从本次模拟的五根桩的波形来看,0.6R处波形高频干扰最小。
模拟五根桩的动力响应时程曲线,根据经验可以初步判断模型大体符合规律,为了进一步验证模拟曲线的准确性,把模拟曲线与模型桩曲线分别进行归一化处理(纵坐标为单位1),归一化后对比发现,模拟曲线与模型桩曲线拟合程度比较高,对比详情见图3~图7。
3 后续研究及应用
本文采用的ABAQUS模拟方法经验证具有较高的准确性,因此可以为后续波形研究提供大量数据。
目前基桩动测存在着诸如以下的问题:较难识别桩身浅部的缺陷,缺陷程度的定量分析,第二缺陷的判断,渐变的缺陷判断等等。国内外已有人开始将小波分析、神经网络技术等用于桩基动测数据分析,如刘明贵[7],麦榕[8]等人,取得了一定的研究成果。但由于数据的缺乏,往往对其应用和推广产生了一定的阻碍。为此本人在本文的基础上提出如下构想。
(1)用上述介绍的ABAQUS建模方法,通过ABAQUS建立模型,模拟出大量基桩波形数据,对模拟出来的波形进行小波分析提取分量,用小波分析提取出来的分量对一个建好的神经网络进行训练,得到一个训练好的神经网络,流程如图8(a)所示;
(2)基桩动测曲线输入小波分析提取分量,再输入训练好的神经网络,得到基桩缺陷诊断结果,流程如图8(b)所示;
(3)以地层数据和诊断结果为依据,进行ABAQUS建模,得到模拟曲线,对比模拟曲线和基桩动测曲线,验证诊断结果的正确性,流程见图9。
4 结论
(1)基桩是三维实体的,进行基桩动测模拟时,采用三维实体模型是非常有必要的。
(2)ABAQUS软件能够方便地进行三维建模,充分考虑桩土的各项参数、桩土之间的接触、桩土的地应力平衡以及结果提取的便利性,因此采用ABAQUS进行实体模型的基桩动测曲线模拟是可取的。
(3)实体模型的基桩模拟过程中要注意荷载的选取、加载面的控制、测点的选取、材料参数选取、桩土之间接触的设置以及网格划分等问题。本文采用的ABAQUS模拟方法经验证具有较高的准确性,因此可以为后续波形提供大量数据。
(4)ABAQUS模拟出大量数据,然后对数据进行小波分析提取分量,再导入神经网络计算,最终建立神经网络,为基桩缺陷诊断提供智能方法。
(5)随着地层三维可视化技术的发展,地层数据提取更为方便[9]。从而使得利用地层数据和诊断结果进行ABAQUS建模,对比动测曲线反过来验证诊断结果成为可能。
参考文献
[1]潘冬子,章光.应力波反射法测混凝土桩完整性的数值模拟及实验研究[J].公路交通科技,2004,(9).
[2]陈国安,刘东甲.基桩低应变检测的波动方程法数值计算[J].合肥工业大学学报,2007,3(10):1336～1440.
[3]孙涛.基桩低应变检测曲线的拟合分析[J].华北水利水电学院学报,2007,28(6):66～68.
[4]费康,张建伟.ABAQUS在岩土工程中的应用(第1版)[M].北京:中国水利水电出版社,2010,255～259.
[5]柯宅邦,刘东甲.低应变反射波法测桩的轴对称问题数值计算[J].岩土工程学报,2006,28(12):2111～2115.
[6]陈凡,王仁军.尺寸效应对基桩低应变完整性检测的影响[J].岩土工程学报,1998,20(5):92～96.
[7]刘明贵,岳向红.基于Sym小波和BP神经网络的基桩缺陷智能化识别[J].岩土工程学报,2007,26(1):3484～3488.
[8]麦榕,贺怀建.小波神经网络在基桩动测信号处理中的应用[J].水文地质工程地质,2004,(5):91～96.
实体模型论文 篇7
在分布式仿真领域,HLA侧重于仿真资源的重用与互操作,它是在假设已有联邦成员的基础上考虑如何构建联邦,通过设计联邦成员间的交互以达到仿真的目的,它是一个层次化的体系结构;而Agent技术的特点在于它的自主性、智能性和学习能力,关注个体行为的建模和交互。虽然基于Agent的分布式体系结构已经能够有效地建模和仿真,并且能够实现和其他仿真器的交互。但是如果能够在标准的交互仿真体系结构HLA基础上构建智能Agent联邦成员,将实现优势互补并使HLA/RTI的体系结构具有MAS(Multi-Agent System)的智能化特点。作战仿真模拟中,最根本的仿真单元是作战实体,实体是系统边界内的对象。在战争模拟中,可以将战争系统中的每个组分看成实体,如人员、武器装备、作战部队、指挥机构、人工设施、自然环境、行动计划等,是战争系统相互影响的主体或客体。实体则是构成仿真联邦成员的基本单元。智能实体则在受到外部条件的触发后,具有自主决策行为的能力。现代战争模拟系统中所描述的所有实体几乎都是人机结合体,如作战部队、武器系统,无人驾驶飞机等,都具有了一定智能的成分。智能Agent联邦成员是通过智能实体的之间的交互构成的一个仿真应用。Agent实体的智能性则是根据实体模型中的规则表现出来,即实体模型能够根据自身所具有的规则产生相应的动作改变自身状态或者对其他实体、环境产生作用。
二、Agent联邦成员的设计
在HLA的框架下,Agent仿真联邦成员和传统的HLA联邦成员(非Agent联邦成员),共同构成了整个基于Agent仿真联邦。Agent联邦成员是一类具有智能特性的联邦成员。在仿真应用中,Agent成员具有智能行为,能对目标系统中的决策和控制等行为进行仿真。基于Agent仿真系统联邦构成如图1所示。
2.1作战仿真实体
作战仿真模拟中,仿真基本单元是一个个的作战实体。作战实体可以是飞机、舰艇或者地面部队。信息化战场条件下的作战实体应具有探测能力以便对敌情进行侦察;应具有机动能力以便占据有利攻击阵位或逃避敌方攻击;应具有通讯能力以便协调指挥、协同完成任务;应具有人类的智能与决策能力以便实时响应战场态势灵活应变。对作战实体的功能模型的研究是建立高精确度作战仿真的关键点。作战单元的功能包括运动、感知、通讯、影响其他作战单元、思维能力,都由与其相联的模型定义。根据不同仿真的需求、从简单到复杂的各类作战实体,这些模型作为可选组件形式组合到单元上。例如一个飞机(包括飞行员和所有的机载系统)、一个完整的装甲部队的聚合功能、一个飞向目标的导弹、外层空间的卫星,或其他的单个实体或实体的聚合[1]。
2.2 Agent联邦成员构成
HLA按照面向对象的思想和方法来构建仿真系统。将战争系统抽象为各种相互作用的对象,在面向对象分析与设计的基础上设计仿真成员,进而构造仿真联邦。在基于HLA的仿真模拟中,联邦(Federation)是指用于满足特定仿真目标的分布仿真系统。所有参与联邦运行的应用程序被称为联邦成员(Federate)。联邦成员既可以是模拟某类作战实体或作战行动的模型,也可以是用于数据采集或联邦管理的工具或接口程序。其中那些使用实体模型来产生联邦中特定实体动态行为的联邦成员又称为仿真应用(simulation)。在HLA中,被仿真的不同种类的物理对象被抽象表示为类(class),对象是构成联邦的基本要素,仿真联邦中的联邦成员是由若干相互作用的对象所构成的。例如,一个模拟空战的联邦成员可以包括若干飞机对象与空空导弹对象。联邦还可以作为一个成员加入到更大的联邦中[2]。Agent实体对象模型是构成Agent联邦成员的基本单元,依据不同的聚合度,每个Agent联邦成员由不同个数的Agent实体对象模型组成,对联邦成员的设计归结为仿真系统中各种实体对象的模型设计。本文采用Agent技术对仿真实体对象进行建模。根据联邦设计需求,确定联邦成员内的仿真实体对象。根据仿真要求赋予Agent实体一定的智能行为能力,然后定义Agent实体之间的交互规则,通过Agent实体之间的交互来模拟要刻画的系统或对象。图2显示了基于HLA的Agent仿真系统层次结构。
2.3 Agent实体模型结构
设计Agent仿真联邦成员,首先需要实现Agent实体模型的设计。Agent Entity模型与传统实体对象模型的区别主要体现在粒度的划分和智能性上。不同的研究者提出了不同的模型,有知识库、动作规则库、推理机、直接反应模块、学习模块、通讯模块、用户界面、执行器、事件处理模块等模块组成[3]。虽然提出了不同的构成方法,但是实现的都是获取信息、处理信息、推理或者规划和执行计划的过程。Agent实体模型的结构如图3所示,Agent实体模型应该包含以下的基本部分:
1)感知单元:获取信息的功能;
2)交互单元:与环境或其他Agent通信交互功能;
3)推理决策单元:对获取信息的推力和决策功能;
4)反应单元:根据决策做出相应的反应;
5)规则库:存储智能体的行动规则;
6)学习单元:将新的知识规则存储到规则库中。
2.4 Agent实体模型规则
Agent实体产生什么行为,取决于Agent实体的感知信息、所处的状态、实体的推理能力和实体赋予Agent实体模型的规则。规则库用于在仿真进行时为Agent实体模型提供决策判断和推理的支持。作战规则是对指挥员和武器装备使用方面知识、经验、判断、认识的一种总结与抽象,它基本上决定着模拟想定的演化方向及结果。规则与实体紧密相关,任何实体都需要遵循一定的规则,没有不受规则约束的实体;同时任何规则都是针对实体而言的,没有不与实体联系起来的规则,不管这些实体层次高还是低、抽象还是具体。规则需要根据具体的实体或者是实体类来建立,规则实际上就是实体进行决策、执行行动所遵循的条件、限制和对应的结果行为。每个Agent实体模型都带有自己的规则集合或者规则库。Agent实体在规则的约束下做出决策,引发Agent实体的行为,该行为通过模型解算对环境进行改变,由此生成新的态势供实体感知,实体再根据新的态势运用相关规则,引发新的决策和行为,由此形成“实体—规则—行动”的循环作用[4]。
对于实体模型规则库的设计,一方面要利于规则的存储和表示,另一方面也要利于实体模型在仿真过程中规则数据的获取、增减和修改。XML能够表示复杂数据的结构信息,并且通过XML文档对象模型DOM接口解析XML文档,使应用程序能够使用XML文档中的数据。DOM对于XML开发者来说就像一个对象化的XML数据接口,通过操作这些对象能够操纵XML数据。利用DOM中的对象,可以对XML文档进行遍历、读取、修添加和删除。所以XML的特性能够完全满足实体模型规则的存储、获取和修改。
2.5 Agent实体模型程序设计
根据Agent实体的功能结构模块,本文采用面向对象的方法设计了CBaseAgent基类,用于封装Agent实体模型的通用功能。对于不同类型的仿真实体对象,在实现时只需从CBaseAgent基类派生出新的CAgent Entity类,这极大的提高了仿真实体对象模型的重用性。CBaseAgent基类的具体描述如图4所示,其属性和方法含义分别是Name:实体名称;Id:实体ID号;State:实体状态(毁伤程度);Init():初始化;Sense():感知获取战场信息;OperationRule():对规则库操作,读取添加删除修改规则;Action():对实体状态或环境作出反应;Interaction():与其他实体或环境交互信息。
三、基于Agent坦克实体模型设计
3.1坦克分队机动想定和规则描述
机动是作战单元的基本行动,其目的在于保持战场主动权与行动的自由权,其中指兵力机动,即从一个位置变换到另一个位置的转移行动。作战单元应当根据上级意图、受领的任务和战场情况组织实施机动。假设坦克分队单元接到上级命令立即从A地点向B地点机动。并且要求在规定的时间内必须到达B地。坦克分队从A向B机动的过程可能会遇到各种复杂战场情况:如遭受敌火力封锁,遇到雷区,道路桥梁被毁,装备故障等情况。为了在规定时间内完成任务,坦克分队必须在遇到各种情况下迅速做出判断和决策。坦克分队机动想定和部分规则XML文档描述如下:
3.2基于Agent坦克实体模型
坦克机动分队由机动分队指挥坦克和其他各坦克成员组成。指挥坦克是坦克机动分队的指挥中心,在机动过程中指挥坦克负责和上级指挥所通信上报机动情况并协调机动分队成员队形、速度以及分配作战任务等。各分队坦克成员能与指挥坦克交互信息,接受和完成指挥坦克发布的命令,并且向指挥坦克上报自身状态。坦克机动分队组成关系如图5所示。
通过坦克机动分队模型系统的分析,指挥坦克和各坦克成员均具有一定的智能性。在该仿真应用中,以坦克成员为粒度,划分为指挥坦克实体模型和坦克成员实体模型。指挥坦克在机动分队中具有特殊功能和作用,下面给出指挥坦克Agent实体模型类的部分程序设计。
四、总结
在基于Agent联邦成员的分析设计中,关键是对构成Agent成员的智能实体的设计。在不同的仿真应用中,智能实体的粒度划分也有所区别,除此,实体之间的信息交互也是体现智能联邦成员的关键。本文只给出了Agent智能联邦成员设计的指导思想和概念模型,在下一步的工作中要进一步结合具体的实际系统,重点分析智能实体的交互行为。
参考文献
[1]王金树.联合作战模拟想定生成技术的研究与实现[D].国防科学技术大学.2005
[2]胡晓峰,司亚光,战争模拟原理与系统[M].国防大学出版社,2009,北京
[3]王卫青,华祖耀.基于Agent体系结构的HLA联邦成员设计与实现[J].计算机仿真,2006,23(7):142-145.
[4]叶雄兵,董献洲,季明,曹翀,作战模拟规则探讨[J],军事运筹与系统工程,2009,23(4):57-61.
实体模型论文 篇8
关键词：Pro/Toolkit,VC,凸轮,参数化
0 引言
由于凸轮机构可以将凸轮轮廓的旋转运动转变为从动件的复杂运动,且具有结构紧凑、体积小、刚性好、可传递较大转矩等特点,因而被广泛应用于机械领域。但是,由于凸轮机构是高副运动,制造困难,使其应用范围受到一定限制。随着计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)技术的日益普及,新材料和热处理新工艺的发展,凸轮的设计和制造己变得十分方便和准确[1]。
以PTC公司的CAD/CAM软件Pro/Engineer(以下简称Pro/E)为开发平台,应用其提供的二次开发工具Pro/TOOLKIT,以VC++为开发环境并结合凸轮设计方面的一些特点开发出一套基于Pro/E的凸轮参数化设计系统。系统能大大提高盘形凸轮设计的工作效率,减轻设计人员的工作量,提高设计质量,减少设计缺陷的产生[2]。
针对现代凸轮设计中凸轮轮廓线难以在计算机中快速描绘,本文采用参数化驱动方法,先将凸轮分类,在不同凸轮类中设置各参数值,先生成凸轮轮廓线,接下来再通过轮廓线生成凸轮实体,即使用参数控制凸轮的生成[3]。再通过集成于该系统内的直接生成二维工程图的功能,得到凸轮的二维图纸,以利于在数控车床上的加工。
1 凸轮实体模型参数化设计的关键问题
1.1 凸轮特征分析
凸轮机构由凸轮、从动件和机架所组成,其中凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的主动件,作等速连续转动,并推动从动件作直线往复运动或摆动。无论哪一种凸轮都依靠其外缘的轮廓曲线或凹槽曲线进行工作,所以凸轮机构能否按预期的运动规律良好的工作,主要取决于凸轮的轮廓曲线。因此,对凸轮轮廓曲线的研究是进行凸轮设计的关键问题。
以从动件做正弦加速度运动(摆线运动)为例,从动件做正弦加速度运动的盘形凸轮,其推程、回程方程分别为:
式中:S—从动件位移;h—行程;δ—转角;δ0—推程角;δ1—回程角。
1.2 Pro/ENGINEER调用MFC对话框技术
利用Pro/Too LKIT可以开发出具有Pro/E风格的对话框,能向用户提供人机交互界面,进行简单的人机交互。但是目前这种方法还不太完善,功能有限,而且对话框资源编写起来繁琐,一个简单的对话框资源就会用去很多的时间,对于稍为复杂的对话框更是无能为力。MFC具有强大的编制对话框能力,编制简单,但Pro/TOOLKIT并不提供对MFC的支持,在Pro/T00LKIT中并不能直接应用MFC对话框。本文通过动态链接库开发Pro TOOLKIT与MFC的接口,利用MFC强大的功能实现对话框的开发,在Pro/E环境中生成MFC对话框,方便自然、快捷的进行人机交互[4]。
2 盘形凸轮的三维参数化实体造型及实例
2.1 凸轮的程序设计流程
为了提高盘形凸轮机构设计的自动化程度,采用面向对象方法,将其全部的设计过程封装到系统内部,显示给用户的只是一些人机交互界面。用户从界面上可以对盘形凸轮机构的几何参数进行查询和更改,然后将修改后的数据通过内部程序传递给Pro/E数据库,再通过三维零件造型显示出来。系统的设计流程如图1所示,设定各参数值为表1所示。
具体设计步骤如下:
1)在Pro/Engineer的Program编辑器中设定凸轮零件各参数。并输入各参数值。
2)利用Pro/Engineer的Equationg功能分段绘制凸轮的理论曲线。
3)绘制一条由分段理论轮廓线组成的封闭曲线,即完整的凸轮理论轮廓线
4)通过步骤3生成的凸轮理论轮廓线,拉伸生成凸轮实体。
2.2 调试、运行
1)启动Pro/E,打开凸轮设计模板Cam.prt,加载应用程序Cam Design。
2)表2-1所示为凸轮模板的几何控制参数,在对话框中分别输入不同的参数,单击【建立模型】按钮就可以生成不同的凸轮模型如图2所示。
3)查看设计,如果对结果不满意,可以返回第二步从新输入参数,重新进行盘形凸轮的参数化设计。
3 结论
通过VC++编程语言,调用Pro/TOOLKIT接口,实现二次开发技术在Pro/E中与盘形凸轮设计的充分结合,依据Pro/TOOLKIT中制作并激活用户菜单和MFC对话框界面的方法,创建系统的用户菜单和界面,解决了Pro/E和MFC的通信问题,利用MFC类库中的属性页制作方法创建了复杂的对话框界面,完成系统的界面设计。利用参数化设计及尺寸驱动的方法完成了盘形凸轮零件的参数化驱动设计,用户只需对人机交互界面上的尺寸参数进行更改,便可以自动更形凸轮零件。
参考文献
[1]管荣法,汤从心.凸轮与凸轮机构基础[M].北京:国防工业出版社,1985.
[2]刘文生,王延利.基于Pro/E圆柱齿轮实体模型参数化二次开发[J].制造业自动化,2005(8):25-27.
[3]葛文杰,张王金.基于Pro/E的弧面分度凸轮机构参数化设计与仿真[J].机械设计,2005(1):11-14.