基于CATIA的飛機復雜結構件三維參數化設計①

呂超+劉學杰

摘 要：利用CATIA軟件進行三維設計在飛機結構設計中應用廣泛，但是大部分飛機零件因為結構復雜，設計過程更改頻繁等因素使得零件的建模過程工作量大、效率低，增加了設計人員的工作負擔。參數化設計建模方法可以實現使幾何模型特征與用戶設置參數關聯，從而提高飛機復雜結構件的設計更改和設計迭效率，提高復雜結構件模型的可讀性，是針對飛機復雜結構件設計建模的一種有效手段。該文對飛機復雜構件參數化設計的方法進行了分析，通過實例闡述了復雜結構件參數化設計的一般步驟，對于復雜結構件三維設計建模具有很好的借鑒意義。

關鍵詞：參數化設計 復雜結構件 CATIA

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（b）-0003-02

飛機結構設計中復雜結構件的三維設計建模過程一般比較復雜，在進行設計更改時復雜的建模過程以及建模過程中產生的大量內部特征交聯關系給模型更改帶來了很大困難。復雜的建模過程使得模型建模過程的可讀性差，大量內部特征交聯關系在模型更改時出現交聯錯誤報告的概率大大提升，這些都使得飛機復雜結構件在設計過程中模型更改及設計迭效率低下。

CATIA是世界上一種主流的CAD/CAE/CAM一體化軟件，廣泛應用于航空航天、汽車、造船和電子設備等行業。CATIA V5三維設計軟件提供了強大的參數化設計功能，參數化設計可以很好的提高飛機復雜結構件模型更改的效率，增強復雜構件模型的可讀性。該文基于CATIA V5三維設計軟件，針對飛機復雜結構件進行參數化設計建模分析，介紹參數化建模思想及方法。

1 參數化設計建模分析

參數化設計建模是將模型主要幾何特征與參數關聯，使零件特征“參數化”。“參數化”的零件更改不再基于特征命令工具來完成，只要對相應的參數進行更改即可。參數化設計建模將特征參數的變化準確、嚴格地映射到幾何模型，然后通過控制特征參數來實現模型幾何特征的自動更改，提高復雜結構模型的可讀性及建模效率。該文作者通過對參數化設計的原理分析，再結合實際工作經驗，總結出要進行飛機復雜結構件的參數化設計前必須進行以下工作。

（1）分析明確需要參數化控制的幾何特征。

（2）根據幾何特征確定所需對應的特征參數。

（3）分析明確特征參數和幾何特征之間嚴格的映射關系。

因此，飛機復雜結構件參數化設計建模流程應采用以下邏輯順序。

（1）零件幾何特征要素分析。

（2）建立特征參數。

（3）零件幾何體建模。

（4）特征參數與幾何特征關聯。

下面舉例說明參數化設計建模方法及過程。

2 某飛機框類零件參數化建模過程

2.1 零件特征要素分析

在零件建模前應分析零件的各特征要素，以及預期可能的更改，分析哪些幾何特征需要設立參數。以圖1零件為例，該零件是典型的飛機框類零件，該零件的主要特征有：緣條、腹板、筋條。根據設計經驗存在的設計不確定性主要在于幾何厚度尺寸、筋條分布范圍和數量、腹板高度等方面，計劃設置參數有：外緣條厚度、上半框內緣條厚度、上半框筋條厚度、上半框腹板厚度、上半框腹板高度、上半框筋條對稱分布角度、上半框筋條數量、下半框內緣條厚度、下半框筋條厚度、下半框腹板厚度、下半框筋條數量。

2.2 建立特征參數

在經過零件特征要素分析確定參數設置后，根據對應特征選擇適當類型的參數，并在CATIA軟件中建立相應的參數。使用“知識工程”工具欄中的“公式”創建特征參數并給相關參數賦值，如圖2。

2.3 零件幾何體建模

利用CATIA軟件完成模型幾何體建立。

幾何體建模是參數化設計過程中的重要一環，它不僅是參數化設計的載體和對象，而且幾何體模型的造型方法對參數化設計有著顯著影響，甚至有可能決定著某一幾何特征能否按原計劃實現參數化建模?；贑ATIA的幾何特征建?？梢酝ㄟ^多種方式方法完成創建，但是建模過程必須考慮參數化設計的實現，盡量采用便于參數使用，邏輯思路簡潔清晰的方法，采用最便利的功能模塊進行。對于飛機復雜結構件建模更是如此，涉及的幾何特征越多，造型越復雜，設立的特征參數越多，幾何體建模的思路、方式方法就顯得越關鍵。

2.4 參數與模型特征關聯

CATIA軟件允許參數之間通過函數關系進行關系互聯，對于有量綱量、無量綱量，甚至是點、線等都可以通過參數間的函數關系參與飛機復雜結構件參數化建模過程，為飛機復雜結構件建模提供了極大的空間和便利性，有力的支持復雜幾何特征的參數化過程。

使用“知識工程”工具欄中的“公式編輯器”創建特征參數與對應的模型幾何特征的關聯關系。通過“知識工程”工具欄為模型幾何特征創建以參數為自變量的函數，關聯后特征參數與對應的模型幾何特征建立了函數映射關系，特征參數為自變量，模型幾何特征為因變量。函數關系創建過程如圖3。

2.5 參數化設計結果

參數與模型特征關聯后，特征參數的更改會引起模型幾何特征的相應更改，更改過程簡潔、有效。通過參數進行模型幾何特征更改效果見圖4。

3 結語

飛機復雜結構件采用參數化設計方法可以提高設計更改效率，提高零件模型的可讀性，縮短設計建模周期，減輕設計人員建模負擔。參數化設計方法對于飛機復雜結構件的三維設計建模具有很好的借鑒意義。

參考文獻

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