基于二维工程图的大型复杂结构体系三维实体建模方法

    我国的CAD/CAM技术从20世纪70年代开始以来，经过不断的发展和推广应用，取得了良好的经济效益和社会效益。少数大型企业已建立起比较完善的CAD/CAM系统。一些中小型企业通过应用CAD/CAM在提高劳动率方面取得了显著成效。在各类CAD系统中，AutoCAD以其强大的平面设计功能、精确的绘图功能以及开放的体系结构等在工程界拥有广泛的用户群。在目前的结构设计和分析中，使用二维工程图虽然仍是很多企业进行生产的重要手段，并且许多企业都拥有大量的二维图纸资源。但二维CAD软件有其功能局限性，因此三维CAD软件正逐渐被人们接受。现在不少设计单位都已陆续开始建立三维参数化的模型和模型库，并把它和原有的二维资源整合，实现CAD/CAM的数据交换和共享。其中，SolidWorks软件以其强大的设计功能、易学易用、价格便宜等特点在工程设计中得到广泛的应用。
   
    基于三维实体模型的CAD/CAM/CAE技术已经成功地应用于航空、航夭、汽车等高技术行业，其对建筑领域，尤其是钢结构领域的应用也已经日益成熟。
   
    大空间复杂钢结构体系可以通过三维实体模型真实再现。由于目前大部分钢结构设计及施工是基于AutoCAD系统实现的，然而 AutoCAD的平面图形由于其自身的平面图形本质，无法真正实现实体建模。本文以国家大剧院的AutoCAD设计及施工图为起始点，研究了实现复杂结构体系三维实体建模的方法，以及利用三维实体模型实现精准有限元分析的过程。
   
    1、大型复杂结构体系的三维实体模型的建模方法
   
    现以国家大剧院钢结构壳体工程的钢精架，编号为AR-002的一棍析架为例来说明三维实体建模方法。
   
    AR-002析架的三维实体模型，如图1所示。
   

    1.1用SolidWorks打开CAD文件
   
    该彬架在委托方提供的CAD图中由三部分组成，在图纸中的编号分别是ARC-007 , ARC-008和ARC-049。
   
    先将文件ARC-007. dwg用AutoCAD软件打开，把需要实体建模的部分复制、粘贴到SolidWorks的实体建模的环境中，作为在SolidWorks草图设计的几何参考数据，如图2所示。
   

    由于SolidWorks是一个基于三维造型的设计软件，它的特征识别技术可以将数据的转换智能化，使它可以读取其他CAD系统的几何模型，且自动识别原有的特征和设计历史。在委托方提供的工程图纸中，由于只是出于表示析架整体形状的需要，并没有给出精确参数化的图形。这从图3的比较中就可以清晰地看出，其底座的中心线距离应该是2 115 mm，然而在CAD软件中绘出来的却是2 121 mm。

    工程图纸中大量存在几何尺寸的不精确表达，图3仅给出此类几何尺寸不精确表达的一个例子，其他还有很多的尺寸和实际尺寸无法匹配的地方。
   

    利用SolidWorks草图的几何约束与修正功能，完成了不匹配的几何元素的约束修正过程。使得修正后的几何尺寸和实际尺寸一一对应，得到精确几何尺寸描述的SolidWorks草图。之后，可以利用SolidWorks的特征建模功能完成结构的实体建模。

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