Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Компьютерное моделирование изделий медицинского назначения. Методические указания
.pdf
№ 4577
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»
ПРОЕКТ «ИНЖЕНЕРНЫЙ КЛАСС В МОСКОВСКОЙ ШКОЛЕ»
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
ЦЕНТР ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ НАВИГАЦИИ И ПРИЕМА
В.А. Львов
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ИЗДЕЛИЙ МЕДИЦИНСКОГО
НАЗНАЧЕНИЯ
Методические указания
Рекомендовано редакционно-издательским
советом университета
Москва 2021
УДК 004.922
Л89
Рецензент
канд. физ.-мат. наук, доц. Е.А. Новикова
Львов, Владислав Александрович.
Л89 Компьютерное моделирование изделий медицинского
назначения : метод. указания / В.А. Львов. – Москва :
Издательский Дом НИТУ «МИСиС», 2021. – 56 с.
Методические указания содержат рекомендации по проектированию и исследованию 3D-моделей изделий медицинского назначения,
в частности имплантатов, используемых в ортопедии. Предлагаемые
уроки и упражнения позволяют освоить основы проектирования и
исследования различных вариантов 3D-моделей имплантатов в среде
Autodesk Fusion 360, развить навыки работы со специализированной
CAD-системой, научиться анализировать поведение имплантатов в
результате воздействия внешних факторов.
Предназначены для учащихся московских школ в рамках городского образовательного проекта «Инженерный класс в московской
школе».
УДК 004.922
В.А. Львов, 2021
НИТУ «МИСиС», 2021
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Знакомство с Autodesk Fusion 360 ..................................... 6
1.1. Общие сведения ........................................................ 6
1.2. Рабочие области – Workspaces .................................... 9
1.3. Рабочая область Design .............................................. 9
1.4. Контекстная вкладка Sketch ....................................... 9
1.5. Контекстная вкладка Solid ....................................... 10
1.6. Fusion 360 Simulation .............................................. 10
1.7. Меню маркировки – Marking Menu ............................ 11
2. Эскизы – Sketch ............................................................ 12
2.1. Создание и редактирование эскизов ........................... 12
2.2. Копирование эскизов ............................................... 12
2.3. Копирование элементов эскиза в эскизе ..................... 13
2.4. Копирование элементов эскиза в другой эскиз ............. 14
2.5. Работа с инструментами эскиза ................................. 15
2.5.1. Построение линий – Line .................................... 15
2.5.2. Построение дуги – Arc ....................................... 16
2.6. Построение прямоугольников
по двум точкам – 2-point rectangles .................................. 16
2.7. Построение окружностей – Circle .............................. 17
2.7.1. Построение окружностей с центральным
диаметром – Center Diameter Circle .............................. 17
2.7.2. Построение окружности по двум точкам –
2-Point Circle ............................................................. 18
2.8. Построение эллипсов – Ellipse .................................. 18
2.9. Зеркальное отражение элементов эскиза .................... 19
2.10. Создание прямоугольных массивов –
Rectangular patterns ...................................................... 19
2.11. Создание круговых массивов –
Circular patterns ........................................................... 20
2.12. Размеры и ограничения эскиза –
Sketch dimensions and constrains ..................................... 20
2.12.1. Определение размеров эскиза –
Sketch dimension ........................................................ 20
2.12.2. Редактирование размеров ................................. 20
2.12.3. Создание измерений со ссылкой
на существующие измерения ....................................... 21
3
3. Твердотельное моделирование – Solid .............................. 22
3.1. Принципы создания твердых тел на основе эскизов
или плоскостей ............................................................. 22
3.1.1. Команда Extrude ............................................... 22
3.1.2. Команда Revolve ............................................... 23
3.1.3. Команда Sweep ................................................. 23
3.1.4. Команда Loft .................................................... 23
3.2. Отверстия и резьбы – Holes and threads ...................... 24
3.2.1. Команда Hole .................................................... 24
3.2.2. Команда Thread ................................................ 24
3.3. Команды Patterns ................................................... 24
3.3.1. Прямоугольный массив (Rectangular Pattern) ....... 25
3.3.2. Круговой массив – Circular Pattern ...................... 25
3.3.3. Массив по контуру – Pattern on Path .................... 26
4. Fusion 360 Simulation .................................................... 27
4.1. Задачи, выполняемые Fusion 360 Simulation............... 27
4.1.1. Этапы проведения исследований в Fusion 360
Simulation ................................................................ 27
4.1.2. Рекомендации для проведения исследований
в Fusion 360 Simulation ............................................... 28
4.2. Пользовательский интерфейс Fusion 360 Simulation .... 28
4.2.1. Браузер Fusion 360
Simulation ................................................................ 29
4.2.2. Особенности браузера Fusion 360
Simulation ................................................................ 29
4.3. Панель инструментов Fusion 360 Simulation ............... 31
4.4. Типы исследований в Fusion 360 Simulation ................ 33
4.5. Примеры исследований Static Stress .......................... 34
Урок 1. Создание модели имплантата в форме цилиндра ........ 35
Упражнение 1 .............................................................. 35
Упражнение 2 .............................................................. 41
Упражнение 3 .............................................................. 41
Упражнение 4 .............................................................. 41
Урок 2. Создание имплантата в форме конуса ....................... 42
Упражнение 5 .............................................................. 42
Упражнение 6 .............................................................. 46
Упражнение 7 .............................................................. 46
4
Урок 3. Создание имплантата сложной формы ..................... 47
Упражнение 8 .............................................................. 47
Упражнение 9 .............................................................. 49
Урок 4. Проведение испытаний на сжатие
в среде Simulation ............................................................ 50
Упражнение 10 ............................................................. 50
Упражнение 11 ............................................................. 51
Упражнение 12 ............................................................. 54
Упражнение 13 ............................................................. 54
Библиографический список ............................................... 55
5
1. ЗНАКОМСТВО
С AUTODESK FUSION 360
1.1. Общие сведения
Твердотельное моделирование прошло несколько этапов развития геометрического представления физических моделей или
концепций дизайна, разрабатываемых в процессе инженерного
проектирования. Первая каркасная модель была спроектирована в лаборатории Массачусетского технологического института
(MIT) в начале 1960-х годов. В это же время компания General
Motors разработала автоматизированный компьютерный дизайн
(DAC-1), первую серийную интерактивную графическую систему. Постепенно развиваясь, поверхностное моделирование стало
широко применяться к концу 1960-х годов. В период между началом 1970 и серединой 1980 года получило свое развитие твердотельное моделирование, функциональное моделирование, а в
конце 1980-х годов – параметрическое моделирование. В дальнейшем теория параметрического твердотельного моделирования стала основой САПР для поддержки инженерного проектирования. Хорошо известно, что наиболее значительное развитие
твердотельного параметрического моделирования произошло в
середине 1990-х годов, когда основные инструменты САПР стали доступны в персональных компьютерах, что позволило конечным пользователям в средних и малых компаниях иметь возможность переносить проекты с чертежной доски в цифровую
форму.
Сегодня в основных CAD-системах, в том числе в Autodesk
Fusion 360, используются методы параметрического моделирования с интерактивным пользовательским интерфейсом. Изучим интерфейс Autodesk Fusion 360, чтобы узнать расположение
всех инструментов программного комплекса, прежде чем начать
проектирование. Основная рабочая область Autodesk Fusion 360
представлена на рис. 1.
Рассмотрим подробнее интерфейс Autodesk Fusion 360.
1. Data Panel: Доступ к командам, проектам, управление данными проектирования и совместная работа с другими пользователями.
6
Рис. 1. Рабочая область Autodesk Fusion 360
2. Application Bar (перечисление слева направо):
– Data Panel
: показать или скрыть Data Panel;
– File
: создать, открыть, загрузить, сохранить, экспорти-
ровать, восстанавливать и делиться проектами;
– Save
: сохранить безымянный проект или внести изме-
нения в существующий;
– Undo/Redo
: Undo – отменить последнее действие,
Redo – повторить последнее отмененное действие;
– New Design
– Notification center
– Extensions
– Job Status
: создать новый проект;
: центр уведомлений;
: управление расширениями Fusion 360;
: статус задания, статус обновления Fusion
360, статус онлайн/офлайн; вид рабочего окна Job Status показан на рис. 2;
– Help : доступ к обучающим материалам, документации,
быстрой настройке, технической поддержке и др.; вид рабочего
окна Help показан на рис. 3.
7
Рис. 2. Рабочее окно Job Status
Рис. 3. Рабочее окно Help
3. Toolbar: рабочее пространство, в котором производится
работа. Инструменты в Toolbar различаются в каждом рабочем
пространстве. Toolbar разделен на вкладки, которые позволяют
организовать инструменты:
– Workspaces: Fusion 360 использует вкладки для управле-
ния доступными командами и типом создаваемых данных;
– Tabs: каждая рабочая область разбита на вкладки, которые
содержат в себе группы связанных инструментов.
4 Browser: Перечисляет объекты в проекте или сборке (компоненты, тела, эскизы, исходные точки, соединения, вспомогательная геометрия и др.). Позволяет управлять видимостью объектов.
5. Design Assembly: выбор объектов из сборки с помощью ле-
вой клавиши мыши.
6. View Cube: позволяет поворачивать объекты в проекте по
орбите или рассматривать их с разных позиций.
8
7. Marking Menu: щелчок правой клавишей мыши дает доступ
к меню Marking Menu, которое содержит часто используемые команды и дополнительные команды.
8. Navigation Bar: содержит команды, используемые для масштабирования, панорамирования и вращения объектов в проекте, а также настройки отображения внешнего вида интерфейса и
объекта.
9. Timeline: история действий в проекте. Щелчок правой клавишей мыши в Timeline позволяет вносить изменения в историю
действий, в том числе изменять их порядок.
1.2. Рабочие области – Workspaces
Возможности Fusion 360 сгруппированы в определенные рабочие области (Workspaces). Инструменты в каждом Workspace
сгруппированы во вкладки на панели инструментов в соответствии с конкретными целями проектирования объекта. Некоторые инструменты доступны в нескольких рабочих областях.
Контекстные вкладки (Contextual tabs) – вкладки, которые
становятся активными только в контексте вызываемой команды. Они не отображаются, пока не будет выбрана команда, с которой они связаны.
Рассмотрим рабочие области и контекстные вкладки, относящиеся к ним, более подробно.
1.3. Рабочая область Design
Рабочая область Design позволяет создавать и редактировать
геометрию твердотельных, поверхностных и других объектов, построенных на основе двумерного эскиза, путем выдавливания, вращения и др. Важно отметить, что геометрия обновляется автоматически в случае внесения каких-либо изменений в ее элементы.
1.4. Контекстная вкладка Sketch
Sketch – это контекстная вкладка, содержащая инструменты, позволяющие создавать и изменять двумерные эскизы,
управляющие трехмерным объектом. Получить доступ к контекстной вкладке Sketch можно в рабочем пространстве Design.
Solid > Create > Create Sketch. Внешний вид контекстной вкладки Sketch представлен на рис. 4.
9
Рис. 4. Контекстная вкладка Sketch
При создании Sketch открывается новая контекстная вкладка
со специальной панелью инструментов, которая по умолчанию
содержит наиболее часто используемые инструменты на панели
инструментов. По умолчанию, ограничения Sketch также отображаются на панели инструментов. Сама вкладка выделена синим цветом, как и кнопка Finish Sketch; это дает возможность
понять, что работа ведется во временном режиме.
Разница между контекстной вкладкой Sketch и другими
контекстными вкладками заключается в том, что пока Sketch
активна, есть возможность переходить на другие вкладки, не
закрывая вкладку Sketch. Так в случае, когда вкладка Sketch активна, можно вызвать команду моделирования (например, Extrude), после этого Fusion 360 автоматически переводит работу
из режима Sketch в саму команду (Extrude). Подробнее о работе
с контекстной вкладкой Sketch можно ознакомиться в разделе
«Эскизы – Sketch».
1.5. Контекстная вкладка Solid
Вкладка содержит инструменты, позволяющие создавать и
изменять твердотельные модели. Пример контекстной вкладки
Solid представлен на рис. 5.
Рис. 5. Контекстная вкладка Solid
Подробнее о работе с контекстной вкладкой Solid можно ознакомиться в разделе «Твердотельное моделирование – Solid».
1.6. Fusion 360 Simulation
Fusion 360 Simulation позволяет проводить тесты спроектированного объекта с помощью анализа методом конечных эле-
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]