Методики нанесения оцинкования на автомобиль
метод гальванического нанесения;
метод термической обработки;
технология холодного нанесения.
Если брать во внимание функциональные характеристики, то наиболее эффективной является технология горячей оцинковки:
в этом случае металл показывает хорошие антикоррозионные свойства длительное время (показатель может составлять даже 15 лет и зависит во многом от толщины слоя покрытия);
устойчивость к влиянию различных факторов, в том числе, и механического характера, сохраняется и покрытие не утрачивает своих защитных свойств на протяжении всего периода активной эксплуатационной автомобиля;
стойкость покрытия, по сравнению с методом гальванической обработки, в три-четыре раза выше;
проявляется свойство к самовосстановлению на локальном уровне.
Катодная защита
Другим способом антикоррозийной обработки кузова является катодная защита. Данный метод заключается в проведении электрохимичесокй реакции, путем наложения отрицательного заряда на обрабатываемую деталь. Для проведения такой процедуры необходимо использовать станцию катодной защиты и обладать хотя бы начальными знаниями в области электротехники. Важно отметить, что если допустить сдвиг потенциала выше определенного значения, наступит состояние «перезащиты» при котором начнет выделяться водород, что приведет к ослаблению коррозионной стойкости металла. Подводя итог можно сказать, что данный метод хорош, только если обработку производит профессионал на хорошем оборудовании, иначе есть риск, спровоцировать начало коррозии.
1. Мойка и обезжиривание поверхности. На первом этапе обработки автомобиля необходимо тщательно отмыть и обезжирить обрабатываемые поверхности. Мыть автомобиль рекомендуется с помощью мойки высокого давления без применения моющих средств, а обезжиривать следует чистой ветошью и Уайт-спиритом (можно купить в любом хозяйственном магазине). Особое внимание следует уделить днищу автомобиля и колесным аркам.
2. Удаление очагов коррозии. Если после мойки Вы обнаружили на кузове очаги ржавчины, зашкурьте их и обработайте Уайт-спиритом, если избавиться от ржавчины не удалость, попробуйте обработать очаг преобразователем ржавчины на основе ортофосфорной кислоты и после этого зашкурьте поверхность.
3. Обработка днища и арок. Для начала обработайте колесные арки и днище автомобиля. Важно отметить, что не стоит сразу пытаться покрыть всю поверхность толстым слоем антикора, правильнее будет покрывать днище в несколько слоев, равномерно нанося состав кисточкой. После нанесения первого слоя антикора на днище, необходимо дать ему подсохнуть, это время можно использовать для обработки кузова.
4. Обработка элементов кузова. Обработка кузова производится при помощи аэрозольных средств. При нанесении средства важно следить за расстоянием от баллончика до поверхности металла, так при слишком малом расстоянии на поверхности детали будут образовываться излишки средства, которые при высыхании могут привести к появлению грязных разводов, а при слишком малом расстоянии образованный средством слой может оказаться слишком тонким. Оптимальным расстояние для обработки из баллона можно считать 30-40 см, но баллоны различных производителей сильно друг от друга отличаются, поэтому разумнее будет заранее попрактиковаться на других поверхностях. После того как антикор высохнет, на это уйдет 2-3 часа в зависимости от состава, можно накладывать следующий слой, так на днище и колесные арки можно наложить до четырех слоев, а на элементы кузова до 2.
5. Сушка. После нанесения последнего слоя необходимо дать антикору окончательно просохнуть, на это уйдет около 4-5 часов, за это время можно поставить на место колеса и установить подкрылки в колесные арки.
1. Этапы развития систем автоматизированного проектирования
Принято выделять три этапа развития и совершенствования САПР. На первом из них создавались системы, в которых фактически был осуществлен частичный перенос на компьютеры чертежных работ, ранее проводимых вручную за кульманом, а также расчетов по технологической подготовке производства.
На втором этапе начали появляться законченные системы двумерного черчения, которые позволяли выпускать законченную конструкторскую документацию. Несколько позже появились системы моделирования, позволяющие исследовать разрабатываемые изделия в виде так называемых каркасных (проволочных) и поверхностных моделей. Были разработаны программы анализа на основе метода конечных элементов, с помощью которых рассчитывались оптимальные размеры и конфигурации проектируемых изделий. Возник сектор систем CAM, которые помогали определять параметры различных технологических процессов и оснастки. Второе поколение CAD/CAM- систем позволяло заметно сокращать сроки выполнения отдельных стадий проектирования и повышать качество проекта.
Но в целом сроки проектирования сокращались незначительно, так как процесс был по-прежнему последовательным. Несмотря на серьезные усилия разработчиков, CAD/CAM- системы второго поколения не смогли стать эффективным инструментом для проектировщиков по ряду причин:
· использование геометрического описания модели как базисного, в то время как важнейшие компоненты проектирования, обеспечивающие воспроизведение объекта на производстве (конструкторские параметры и элементы, расчеты внутренних напряжений и деформаций, описание технологических процессов, контроль качества), оставались вне рассмотрения, хотя геометрия является только составной частью описания проектируемого изделия;
· сложность внесения изменения в проект, связанная с жесткой детерменированностью математических моделей, описывающих геометрию. Следствием этого являются ограничения на разработку конструкторской документации, которая создаётся вне моделирования и потому программно не связана с моделью;
· разобщённость конструкторно-технологического процесса, которая возникала из за наличия разнородных баз данных для одной и той же модели, дублирование и потенциальной опасности потери информации. Инженеры и конструкторы могли использовать различные независимые модели, например, конечномерные модели, 2D-модели, каркасные и поверхностные модели и т.д., но не единую модель объекта.
Основная цель внедрения систем автоматизированного проектирования - сокращения времени разработки и снижение себестоимости изделия - оставалась не достигнутой на этапе развития систем автоматизированного проектирования.
Третье поколение систем CAD/CAM/CAE, основанных на использовании единой структуры базы данных проекта, заложило фундамент для так называемой параллельной инженерии (concurrent engineering). При таком подходе все проектировщики работают с одной единой математической моделью, а не с набором различных моделей. Возникла новая технология, интегрирующая все работы в цикле "проектирование-рассчёты-технологическая подготовка-механообработка". Единая структура информации о проекте позволила реализовать полную двунаправленную ассоциативность на всех уровнях проектирования, что значительно ускорило процессы проектирования и снизило себестоимость разработок. Появилась возможность внесения изменений в проект на любой его стадии.
2. Стандарты моделей данных для обмена информацией.
Исследование содержимого всемирной сети в декабре 2013 г. и в июле 2014 г. показало, что существуют организации, работающие, в основном, по конкретным направлениям международного сотрудничества, например, такими направлениями являются международный обмен налоговой информацией, информацией о природных и техногенных катастрофах, медицинской информацией пациентов и др. Есть стандарты, которые используются как для международного обмена информацией, так и для обмена информацией между органами власти внутри страны. Это, например, стандарт sdmx, который имеет спецификации для ряда таких предметных областей, как экономика, социальное обслуживание населения и др. В тоже время национальная Государственная модель обмена информацией США NIEM стала использоваться не только для межведомственного одноуровневого и межуровневого обмена информацией в США, как планировалось в момент ее рождения, но и для межгосударственного обмена информацией госорганов США, Канады, Мексики и ЕС.
Тип модели |
Вид модели |
Название модели |
Многоотраслевая |
Государственное Управление |
Государственная модель обмена информацией, NIEM |
|
Государственные услуги |
Ядро словаря публичных услуг, CPSV |
Одноотраслевые |
Управление воздушным движением |
Модель обмена аэронавигационной информацией, AIXM |
|
|
Модель обмена метеорологической информацией, -- WXXM, |
|
|
Модель обмена информацией о полете, FIXM |
|
Статистика |
Открытый формат обмена статистическими данными, SDMX |
|
Управление ЧС |
Язык обмена данными о чрезвычайных ситуациях (ЧС), EDXL |
|
Сбор налогов |
Стандарт автоматического обмена информацией финансового счета |
|
Таможня |
Модель данных Всемирной таможенной организации (ВТО), WCO DATA MODEL |
|
Здравоохранение |
Российские аналоги 5 стандартов ИСО: 1. ГОСТ Р ИСО 13606-1-2011 «Информатизация здоровья. Передача электронных медицинских карт. Часть 1. Базовая модель», 2. ГОСТ Р ИСО 13606-2-2012 «Информатизация здоровья. Передача электронных медицинских карт. Часть 2. Спецификация передачи архетипов», 3. ГОСТ Р ИСО 13606-3-2012 «Информатизация здоровья. Передача электронных медицинских карт. Часть 3. Базовые архетипы и списки терминов», 4. ГОСТ Р 54472-2011 «Информатизация здоровья. Передача электронных медицинских карт. Часть 4. Безопасность», 5. ГОСТ ISO 13606-5-2013 «Информатизация здоровья. Передача электронных медицинских карт. Часть 5 Спецификация интерфейсов». |
Системные |
Управление инфраструктурой ИКТ |
Общая информационная модель, CIM |
|
Управление вооруженным противостоянием |
Объединённая модель данных по обмену информацией для управления, контроля и консультирования НАТО (STANAG 5525) и США (JC3IEDM) |
|
Подготовка государственных услуг к переводу в электронный вид |
Модель информационной системы, реализующей перевод государственных услуг в электронный вид путем организации неразрывного, связного и целостного процесса их подготовки и последующего применения полученных результатов (метаданных, моделей процессов) для исполнения государственных услуг в автоматизированном режиме, |
|
Управление жизненным циклом изделия |
Стандарт обмена данными модели изделия, STEP, |
3. CALS-технологии и стандарты.
CALS-технологии непрерывная информационная поддержка поставок и жизненного цикла изделий), или ИПИ (информационная поддержка процессов жизненного цикла изделий) — подход к проектированию и производству высокотехнологичной и наукоёмкой продукции, заключающийся в использовании компьютерной техники и информационных технологий на всех стадиях жизненного цикла изделия.
За счет непрерывной информационной поддержки обеспечиваются единообразные способы управления процессами и взаимодействия всех участников этого цикла: заказчиков продукции, поставщиков/производителей продукции, эксплуатационного и ремонтного персонала. Информационная поддержка реализуется в соответствии с требованиями системы международных стандартов, регламентирующих правила указанного взаимодействия преимущественно посредством электронного обмена данными.
Применение CALS-технологий позволяет существенно сократить объёмы проектных работ, так как описания многих составных частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в унифицированных форматах данных сетевых серверов, доступных любому пользователю технологий CALS. Существенно облегчается решение проблем ремонтопригодности, интеграции продукции в различного рода системы и среды, адаптации к меняющимся условиям эксплуатации, специализации проектных организаций и т. п. Предполагается, что успех на рынке сложной технической продукции будет немыслим вне технологий CALS.
Развитие CALS-технологий должно привести к появлению так называемых виртуальных производств, в которых процесс создания спецификаций с информацией для программно управляемого технологического оборудования, достаточной для изготовления изделия, может быть распределён во времени и пространстве между многими организационно-автономными проектными студиями. Среди достижений CALS-технологий — лёгкость распространения передовых проектных решений, возможность многократного воспроизведения частей проекта в новых разработках и др.
Построение открытых распределённых автоматизированных систем для проектирования и управления в промышленности составляет основу современных CALS-технологий. Главная проблема их построения — обеспечение единообразного описания и интерпретации данных, независимо от места и времени их получения в общей системе, имеющей масштабы вплоть до глобальных. Структура проектной, технологической и эксплуатационной документации, языки её представления должны быть стандартизированными. Тогда становится реальной успешная работа над общим проектом разных коллективов, разделённых во времени и пространстве и использующих разные CAD/CAM/CAE-системы. Одна и та же конструкторская документация может быть использована многократно в разных проектах, а одна и та же технологическая документация — адаптирована к разным производственным условиям, что позволяет существенно сократить и удешевить общий цикл проектирования и производства. Кроме того, упрощается эксплуатация систем.
Для обеспечения информационной интеграции CALS использует стандарты IGES и STEP в качестве форматов данных. В CALS входят также стандарты электронного обмена данными, электронной технической документации и руководства для усовершенствования процессов.
Работа по созданию национальных CALS-стандартов в России проводится под эгидой Росстандарта: с этой целью создан Технический комитет ТК459 «Информационная поддержка жизненного цикла изделий», силами которого разработан ряд стандартов серии ГОСТ Р ИСО 10303, являющихся аутентичными переводами соответствующих международных стандартов (STEP).
4. Структуры данных для представления геометрических моделей (де-композиционное представление, фасетное представление, конструктивная блочная геометрия, граничное представление).
При разработке современных САПР для различных отраслей промышленности удобно использовать общее универсальное геометрическое ядро – пакет геометрического моделирования. Его функции должны обеспечить создание геометрических моделей трехмерных объектов заданной сложности, выполнение широкого спектра операций с ними, представление результатов работы в различных формах. К необходимым условиям, обеспечивающим успешное и широкое практическое применение пакета, можно отнести высокую точность вычислений, быстроту выполнения алгоритмов, надежность и стабильность в работе, а также простоту и удобство в использовании. Успешная реализация большинства перечисленных функций и требований зависит от выбранной формы представления геометрической информации в системе – структуры данных, которая изначально должна строиться на их основе и с их максимальным учетом.
Требования к структуре
Рассмотрим некоторые задачи геометрического моделирования применительно к проектированию структуры данных.
1. Существует необходимость точного представления объектов с неплоскими поверхностями (не многогранников), как достаточно аналитически простых (сфера, конус), так и сложных параметрических (перья турбинных лопаток, лопасти винтов и т.п.). В качестве решения предлагается использовать метод разбиения поверхности на участки и их последующего представления в виде рациональных параметрических бикубических сплайнов – порций.
2. Большую популярность приобрел способ твердотельного геометрического моделирования, в котором сложные объекты представляются составленными из простых объемных примитивов. Это достигается при помощи булевых операций объединения, вычитания, выделения общей части и т.п. Поэтому необходимо наличие в структуре данных некоторой топологической информации о взаимном расположении сплайнов, их связи друг с другом (так называемое граничное моделирование).
3. Для синтеза сложных объектов следует предварительно получить простые примитивы. Обычно к ним относят простые аналитические тела (параллелепипеды, призмы, сферы и т.п.), а также объекты, получаемые путем несложных трансформаций (тела вращения, «выдавленные» объекты и пр.), причем практика показывает, что в подавляющем большинстве случаев подобных примитивов и операций из п. 2 достаточно для представления объекта (например детали). Рассмотренная структура данных, естественно, вполне подходит для описания примитивов, однако современный уровень развития инструментальных средств САПР предусматривает, кроме того, высокий уровень интерактивности системы. Поэтому в структуре данных должна присутствовать параметрическая информация о форме и виде создаваемого объекта – радиус, линейные размеры, образующие контуры и т.п.
На основе изложенного можно сделать вывод, что наиболее оптимально геометрическую модель объекта будет представлять структура данных как совокупность трех видов информации – геометрической, топологической и параметрической. В данной статье рассматриваются в основном вопросы хранения в структуре данных геометрической и топологической информации. Предлагаемая структура данных вполне допускает дальнейшее развитие и усовершенствование.
Общая концепция
Объект является основой структуры и предназначен для моделирования реального геометрического объекта или его части. Можно выделить следующие главные компоненты объекта.
Единая поверхность. Описывает поверхность реального моделируемого объекта, является наиболее важным (но не единственным) свойством любого объекта.
Тип объекта. Все многообразие существующих объектов можно разделить на отдельные типы. Это даст возможность пользователю системы строить желаемый объект не путем описания единой поверхности, очень сложной и трудоемкой для ручного описания, а путем указания на желаемый тип и его параметры – другой необходимой компоненты объекта. Целесообразно использовать иерархию типов объектов, где более «верхний» базовый объект сможет представлять все, что может более «нижний» в иерархии объект, а тот, в свою очередь, сможет представлять только некоторый подкласс геометрии «верхнего» объекта. Преимуществом иерархии является наследование объектами-потомками всех свойств-параметров их базовых объектов с добавлением к ним своих, новых, что делает ее логически упорядоченной и легко расширяемой впоследствии новыми объектами.
П
араметры.
Каждый тип объекта имеет свои параметры,
необходимые и достаточные для построения
любого объекта данного типа: радиус
и центр для сферы, два слагаемых объекта
для объединения и т.д. В параметрах может
храниться вспомогательная информация,
неразрывно связанная с объектом и
облегчающая работу с ним – линия
пересечения для булевых комбинаций,
объем и площадь для простых тел и т.д.
Важно то, что объекты-потомки всегда
наследуют все параметры от базовых
объектов и могут добавлять к ним свои
параметры, выделяющие их из класса
объектов, моделируемых базовым.
Описание поверхности объекта
Существует необходимость описывать поверхность любого достаточно сложного объекта с возможно большей точностью и, главное, в виде единой универсальной структуры. Здесь можно выделить две основные задачи – геометрию и топологию.
Геометрия: найти минимальные элементы, из которых будут составляться вся поверхность, их вид, математическое описание.
Топология: задать все необходимые связи между геометрическими элементами, точно и эффективно описывающие их взаиморасположение.
Рассмотрим решение этих задач в разрабатываемой версии системы.
Элемент поверхности
В виде минимальных элементов, задающих участки поверхности, логично использовать рациональные параметрические бикубические сплайны – порции следующего вида:
С помощью всего шестнадцати точек в однородных координатах можно получить абсолютно точные участки эллиптической, гиперболической и параболической поверхностей и, естественно, плоскости. Причем изменяться будут лишь исходные данные – точки Pij, а математический аппарат, используемый для вычисления поверхностей, останется неизменным, универсальным. Полученные порции можно соединять друг с другом по любым математически описанным критериям, допустим, с учетом непрерывности и гладкости, получая таким образом некоторую поверхность. К примеру, сферу можно составить всего из восьми порций, цилиндр – из шести. Именно такая порция и лежит в основе рассмотренного ранее понятия обобщенного цилиндра, где поверхность объекта задавалась по сути массивом M´N порций.
Каждая порция имеет, естественно, не более четырех сторон, по которым она просто соединяется с четырьмя смежными ей порциями. Это самый большой недостаток данного подхода, поскольку сильно сужает класс описываемых поверхностей, в принципе ограничивая его одним лишь обобщенным цилиндром. Например, невозможно задать поверхность, получаемую при почти любом пересечении объектов (рис. 1).
Видно, что указанный на рисунке элемент поверхности имеет пять (а не четыре) сторон, по которым он соединяется с другими элементами. Следовательно, для снятия данных ограничений на модель необходимо на основе классической порции создать элемент с более сложным видом (и большим числом) границ.
Кривая на порции
Возьмем некоторую порцию поверхности P и кривую G, точно лежащую на ней (рис. 2). Кривая состоит из множества точек поверхности P, каждая из которых имеет параметрические координаты u, v. Возьмем также плоскость в декартовой системе координат и отложим на ней точки, декартовы координаты которых совпадают с параметрическими координатами точек кривой G.
Через эти точки проведем некоторую кривую L и допустим, что ее можно представить в виде рационального кубического сплайна L(t) с характеристической ломаной L0L1L2L3, где точки L0, L1, L2, L3 будут задаваться однородными координатами X, Y, H.
Тогда 
, 
.
Если теперь координаты на плоскости x и y заменить на u и v (параметрические координаты на поверхности) и задать точки L0, L1, L2, L3 однородными координатами U, V, H, то можно аналогично получить текущие параметрические координаты точки кривой:
, 
.
Тогда
кривая G будет отображением кривой L на
поверхноcть Р: 
.
Таким образом, определен способ задания кривых – сплайнов достаточно широкого класса, заведомо точно принадлежащих какой-либо порции, через задание вершин их характеристической ломаной в параметрических координатах данной порции.
Секция поверхности
Для поиска необходимых элементов поверхности предлагается использовать классическую порцию поверхности и, наложив на нее некоторый контур из описанных сплайнов в параметрических координатах этой порции, вырезать из нее необходимую часть – секцию (рис. 3). В дальнейшем именно из таких элементов – секций будет строиться поверхность любого объекта в рассматриваемой структуре данных.
5. САПР предприятия. ???
Уметь (проверяемая компетенция – ПК-6):
1. Геометрическое моделирование. Операции трёхмерного моделиро-вания. Примеры деталей, получаемые трёхмерными операциями.
2. Геометрическое моделирование. Операции поверхностного модели-рования. Примеры деталей, получаемые поверхностным моделированием.
Поверхностное моделирование
В отличие от каркасного представления, моделирование при помощи поверхностей имеет существенно меньше ограничений, так как позволяет определить своеобразную «оболочку» трехмерного объекта.
Геометрические модели на основе поверхностного представления обеспечивают качественную визуализацию, более простой переход к построению расчетных сеток для численного моделирования, обеспечивают ряд полезных функций, таких как построение пространственных сопряжений, сечений, определения линии пересечения оболочек, генерацию чертежных проекций.
Поверхностные модели различаются по способу аппроксимации поверхности. Более простой в части структуры данных и используемых для работы с ними алгоритмов является полигональная аппроксимация, когда поверхность представляется набором взаимосвязанных плоских граней, на практике чаще всего треугольных. Такая аппроксимация легко строится, для нее разработаны эффективные алгоритмы реалистичной визуализации, она не требует значительных вычислительных ресурсов, хотя может быть и затратной по памяти. Главным ограничением такой аппроксимации является то, что она имеет фиксированную точность, т.е. отклонение положения модельной поверхности от «идеальной» моделируемой. Для достижения высокой точности требуется создание сеток с малым шагом, что ведет к росту требований к вычислительным возможностям системы. Поэтому использование полигональной аппроксимации в САПР на текущий момент ограничено подсистемами визуализации и простейшего 3D эскизирования.
Этих недостатков лишена технология NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline, неоднородный B-сплайн), сегодня наиболее часто используемая в практике САПР. Такое описание поверхности обеспечивает определение координат любой ее точки, радиуса кривизны в ней, направления нормали к поверхности с высокой, в общем случае (без учета вычислительных затрат) с любой наперед заданной точностью. Определенным недостатком такого подхода является сложность алгоритмов работы с NURBS, однако это обстоятельство исторически преодолено исследователями и разработчиками.
В определенной степени, NURBS-представление является развитием полигонального, но в отличие от него позволяет описывать не только плоские, но и криволинейные грани и ребра (кромки). Совокупность таких граней общими ребрами по традиции называют сеткой.
Технология NURBS обеспечивает реализацию ряда функциональных возможностей, недоступных или существенно ограниченных при использовании каркасного или полигонального представления: вычисление радиуса кривизны поверхностей, их гладкое сопряжение, построение траекторий на поверхности, что важно для подготовки ЧПУ-программ, получение точных изображений спроецированных на плоскость, например для получения чертежных видов и т.д. и т.п.
Традиционно в САПР используется несколько типовых контекстов создания поверхностей:
• плоская поверхность — получается заполнением плоского контура (2D-эскиз или набор замкнутых кромок, лежащих в одной плоскости);
• поверхность вытяжки — образуется в результате плоскопараллельного вытягивания замкнутого или разомкнутого 2D/3D-эскиза в направлении, перпендикулярном плоскости эскиза, или под произвольным углом;
• поверхность вращения — получается вращением произвольного профиля (2D-эскиз) относительно оси;
• поверхность по траектории — создается движением 2D/3D-эскиза вдоль криволинейной образующей (2D/3D-эскиз, 3D-кривая) и произвольного числа направляющих кривых (2D/3D-эскиз, 3D-кривая), деформирующих исходный контур;
• поверхность по сечениям — аналог поверхности по траектории; отличается тем, что строится не по одному, а по нескольким поперечным сечениям с направляющими кривыми;
• граничная поверхность — аналог поверхности по сечениям; отличается тем, что строится по нескольким произвольно сориентированным в пространстве 3D-кромкам других поверхностей с сохранением касательности к ним и с соблюдением непрерывности по второй производной (гладкая стыковка); при построении могут использоваться направляющие кривые;
• поверхность свободной формы — строится разбиением сетки с управляющими точками на поверхности грани 3D-модели; изменение формы поверхности достигается перетаскиванием контрольных точек;
• эквидистантная поверхность — получается смещением на определенное расстояние от существующих граней или поверхностей;
• поверхность разъема — используется при проектировании литейных форм в качестве вспомогательной геометрии для разделения матрицы и пуансона;
• срединная поверхность — создается на середине (или заданном проценте) толщины тонкостенной детали;
• линейчатая поверхность — строится под углом к выбранной кромке и предназначена для построения граней с уклоном;
В том случае, если установлена программная связь между вспомогательным каркасом и результирующей поверхностью – моделирование становится ассоциативным, при этом изменение каркасных элементов ведет к автоматическому изменению геометрии поверхностей, поостренных с использованием этого контекста.
3. Геометрическое моделирование. Операции твердотельного модели-рования. Примеры деталей, получаемые твердотельным моделированием.
Несмотря на достаточно широкие возможности, которые предоставляет поверхностное моделирование, и оно имеет ряд существенных ограничений с точки зрения использования в САПР, в частности невозможность вычисления объемов, масс и моментов инерции объектов, ограниченность применения к ним булевых операций (вычитания, объединения, пересечения). Эти ограничения снимаются при использовании твердотельного моделирования, ставшего на сегодня стандартом де-факто в 3D CAD/CAM/CAE системах.
Существуют различные алгоритмические методы представления твердотельных моделей – воксельное, использование октарных и бинарных деревьев, однако в практике САПР наиболее широкое применение имеет технология, базирующаяся на граничном представлении элементарных односвязных тел (BREP, Boundary Representation) в совокупности с конструктивной геометрией (CSG, constructive solid geometry) описывающей операции над телами.
Граничное представление определяет сплошное тело неявно путем описания ограничивающей его поверхности. Суть BREP-представления заключается в том, что твердое тело описывается замкнутая пространственная область, ограниченная набором элементарных тонких поверхностей (граней), с общими образующими контурами (ребрами) на границе поверхностей и признаком внешней или внутренней стороны поверхности, а также обеспечивающим следующий ряд операций, определенных над телами:
• проверка правильности задания, для односвязных тел осуществляется по формуле Эйлера, в наиболее общем виде записываемой как: V - E + F = 2
где, V - количество вершин, E - количество ребер, F - количество граней.
• вычисление габаритного объема
• вычисление нормали в точке
• вычисление кривизны поверхности
• нахождение точки пересечения с контуром или другой поверхностью
• определение положения точки относительно поверхности.
Для описания сложных тел, моделирующих объекты реального мира, получаемые обработкой материала или неразъемной сборкой, используется иерархическая структура, описывающая тела как последовательность применения булевых операций над набором элементарных твердых тел - так называемое CSG-дерево (Constructive Solid Geometry tree). В рамках CSG представления для описания составных твердых тел определены следующие операции над исходными (а) элементарными телами:
• Вычитание
• Объединение
• Пересечение
Также как и для элементарного тела, правильность построения определяется формулой Эйлера, записываемой для многосвязных тел в частном виде: V-E+F-H=2*(C-G)
где, V - количество вершин, E - количество ребер, F - количество граней, H - количество несквозных отверстий, C - количество компонент, G - количество сквозных отверстий.
Таким образом, любое составное тело может быть описано в виде традиционного уравнения из булевых функций, в котором аргументами являются либо элементарные тела, либо другие составные тела. Это представление называют деревом построений. Такое представление, кроме удобства модификации геометрии результирующего тела, позволяет существенно снизить требования к вычислительным ресурсам за счет применения оптимизирующих процедур к дереву построений.
Представление твердых тел в виде дерева построений удобно также и с точки зрения организации пользовательского интерфейса, обеспечивающего наглядный и быстрый доступ к любому элементу, входящему в описание геометрии тела, его модификацию и получение отчетной информации.
4. Инженерный анализ с использованием CAE-систем. Генерация сетки конечных элементов.
CAE — общее название для программ и программных пакетов, предназначенных для решения различных инженерных задач: расчётов, анализа и симуляции физических процессов. Расчётная часть пакетов чаще всего основана на численных методах решения дифференциальных уравнений (см.: метод конечных элементов, метод конечных объёмов, метод конечных разностей и др.).
Современные системы инженерного анализа (или системы автоматизации инженерных расчётов) (CAE) применяются совместно с CAD-системами (зачастую интегрируются в них, в этом случае получаются гибридные CAD/CAE-системы).
CAE-системы — это разнообразные программные продукты, позволяющие при помощи расчётных методов (метод конечных элементов, метод конечных разностей, метод конечных объёмов) оценить, как поведёт себя компьютерная модель изделия в реальных условиях эксплуатации. Помогают убедиться в работоспособности изделия, без привлечения больших затрат времени и средств.
В русском языке есть термин САПР, который подразумевает CAD/CAM/CAE/PDM.
5. Постановка и решение задач комплексной оптимизации параметров изделия в среде SolidWorks Simulation.
Ответы на вопросы в Pdf
Владеть (проверяемая компетенция – ПК-7):
1. Среда 3D-моделирования (на примере SolidWorks). Порядок постро-ения задачи анализа на основе модуля SolidWorks Flow Simulation. Примеры