論文UG二次開發(fā)在客車車身三維建模上的應(yīng)用2005年

1、UG二次開發(fā)在客車車身三維建模上的應(yīng)用郝守海東風(fēng)汽車商用車研發(fā)中心 湖北省十堰市 442001摘要以UG為設(shè)計(jì)平臺(tái)，利用UG的二次開發(fā)工具UG/Open GRIP實(shí)現(xiàn)客車側(cè)側(cè)艙門本體三維模型的快速建立、氣動(dòng)撐桿上下轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸心的準(zhǔn)確定位、氣動(dòng)撐桿三維模型的快速建立和氣動(dòng)撐桿最小伸展力的確定，著重介紹側(cè)艙門三維模型的建立和氣動(dòng)撐桿上、下轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸心的準(zhǔn)確定位。實(shí)踐表明，采用GRIP方法可以有效的提高客車側(cè)艙門的建模速度，并能實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)撐桿的準(zhǔn)確定位。關(guān)鍵詞UG 三維 客車 側(cè)艙門1 前言近年來，我國(guó)客車業(yè)迅猛發(fā)展，為適應(yīng)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，各客車廠家不斷推出新車型來滿足客戶的需求。同時(shí)在客車的設(shè)計(jì)階段，要

2、求對(duì)車身、底盤進(jìn)行更多的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析和動(dòng)態(tài)仿真分析。設(shè)計(jì)周期的縮短和工作重點(diǎn)的轉(zhuǎn)移迫使設(shè)計(jì)者加快客車三維建模速度。2 采用GRIP對(duì)客車側(cè)艙門進(jìn)行二次開發(fā)客車結(jié)構(gòu)相對(duì)于轎車而言比較簡(jiǎn)單，特別是地板、頂蓋和側(cè)圍系統(tǒng)，多數(shù)采用骨架焊蒙皮的形式，對(duì)于不同的車型，這些結(jié)構(gòu)都大同小異。以客車側(cè)艙門為例（見圖1側(cè)艙門開啟狀態(tài)），其三維模型由側(cè)艙門外板、上橫梁、下橫梁、豎梁和氣動(dòng)撐桿上支座五部件組成，對(duì)于同一車型，側(cè)艙門僅僅是長(zhǎng)度有所不同；對(duì)于不同車型，側(cè)艙門除了長(zhǎng)度不同外，其輪廓線也不同。側(cè)艙門氣動(dòng)撐桿裙立柱下橫梁豎梁上橫梁氣動(dòng)撐桿上支座圖1.開啟狀態(tài)的側(cè)艙門在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者如果采用UG交互的方法手工

3、建模，則因其重復(fù)性工作太多，會(huì)耗費(fèi)很多的時(shí)間，對(duì)設(shè)計(jì)者也是一種精神上的折磨。采用UG的二次開發(fā)工具UG/Open GRIP可以讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成這些重復(fù)性工作，有效的縮短了建模時(shí)間。GRIP（Graphics Interactive Programming）是一種UG專用的圖形交互編程語言，具有簡(jiǎn)單、易學(xué)、易用的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)者可以用GRIP編程自動(dòng)實(shí)現(xiàn)在UG下進(jìn)行的絕大部分操作。對(duì)側(cè)艙門實(shí)現(xiàn)GRIP自動(dòng)建模需要實(shí)現(xiàn)三步操作：側(cè)艙門本體建模，氣動(dòng)撐桿上下轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸心定位和氣動(dòng)撐桿建模。2.1側(cè)艙門本體實(shí)現(xiàn)GRIP建模側(cè)艙門本體采用GRIP建模的流程圖見圖2，在運(yùn)行GRIP前先要確定的數(shù)據(jù)包括：側(cè)艙門輪

4、廓線、艙門外板長(zhǎng)度和料厚以及各加強(qiáng)梁的截面尺寸和距外板邊的距離，這些參數(shù)可以在平時(shí)設(shè)計(jì)的參數(shù)基礎(chǔ)上預(yù)先設(shè)置在程序內(nèi)，作為GRIP程序的默認(rèn)值，當(dāng)然也可以對(duì)其進(jìn)行更改。圖2. 側(cè)艙門本體實(shí)現(xiàn)GRIP建模流程圖在運(yùn)行GRIP程序時(shí)，操作過程如下：1) 選取側(cè)艙門輪廓線，該曲線作為外板的內(nèi)表面線和加強(qiáng)梁的拉伸線；2) 確定側(cè)艙門上橫梁、中橫梁、下橫梁和豎梁的截面尺寸及其距外板兩側(cè)、上邊或下邊的距離，默認(rèn)情況下并不繪制中橫梁模型，如果有必要，可以更改參數(shù)繪制出三維模型；3) 確定加強(qiáng)梁的截面形式，加強(qiáng)梁可以采用矩形鋼或“幾”形折彎鋼板，其截面尺寸參數(shù)在上一步已經(jīng)確定，這里僅決定采用哪種形式來繪制三維模

5、型；4) 確定側(cè)艙門長(zhǎng)度和外板厚度，完成這一步UG便開始對(duì)側(cè)艙門進(jìn)行三維建模，自動(dòng)進(jìn)行側(cè)艙門外板的拉伸、上下橫梁的拉伸、豎梁的拉伸和剪切；5) 側(cè)艙門的移動(dòng)和新側(cè)艙門的建立：（a）更改側(cè)艙門長(zhǎng)度：僅對(duì)側(cè)艙門的長(zhǎng)度進(jìn)行更改，并繪制出新的側(cè)艙門模型；（b）更改加強(qiáng)梁的參數(shù)：對(duì)各參數(shù)更改后繪制出新的側(cè)艙門模型；（c）更改側(cè)艙門輪廓線：返回至程序最初，但對(duì)后邊的各類參數(shù)不重新初始化；（d）移動(dòng)或鏡像模型：對(duì)建立好的側(cè)艙門模型采取沿客車縱向移動(dòng)或鏡像成為另一側(cè)的側(cè)艙門模型。通過上述GRIP程序的應(yīng)用，設(shè)計(jì)者可以輕松并快速的建立起所有結(jié)構(gòu)雷同而長(zhǎng)度不同的側(cè)艙門三維模型。2.2 氣動(dòng)撐桿上、下轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸心的定

6、位和氣動(dòng)撐桿三維模型的建立氣動(dòng)撐桿三維模型見圖3，O點(diǎn)為側(cè)艙門開啟時(shí)的旋轉(zhuǎn)軸心，P點(diǎn)為側(cè)艙門關(guān)閉時(shí)氣動(dòng)撐桿上轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸心位置，Q點(diǎn)為側(cè)艙門開啟時(shí)氣動(dòng)撐桿上轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸心位置，R點(diǎn)為氣動(dòng)撐桿下轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸心位置。氣動(dòng)撐桿上、下支座的位置影響了側(cè)艙門的開啟角度，而上、下支座的位置又決定了氣動(dòng)撐桿上、下轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸心位置。在設(shè)計(jì)中，上支座固定在側(cè)艙門上，下支座固定在裙立柱上，在支座外形尺寸確定的情況下，上、下支座的孔心與外板輪廓線的距離也就確定了，此時(shí)上、下支座的孔心受外板輪廓線的約束。圖3.氣動(dòng)撐桿三維模型氣動(dòng)撐桿伸展?fàn)顟B(tài)氣動(dòng)撐桿壓縮狀態(tài)艙門開啟狀態(tài)下外板輪廓線艙門關(guān)閉狀態(tài)下外板輪廓線根據(jù)已知的條件，在四邊形O

7、PQR內(nèi)求得上、下支座孔心的位置，但因?yàn)橥獍遢喞€通常是B樣條曲線，使得求解過程變得異常困難。在實(shí)際建模中，在對(duì)側(cè)艙門開啟角度要求不嚴(yán)格的情況下，通常是采用估算，憑借經(jīng)驗(yàn)來給定支座孔心的位置，如果要達(dá)到精確的開啟角度則需要反復(fù)試測(cè)支座孔心的位置，這就需要很多的重復(fù)工作，而且開啟角度與要求的相差頗大。為了節(jié)省時(shí)間可以采用UG/Open GRIP二次開發(fā)來尋找支座孔心的準(zhǔn)確位置。其大體的搜索過程為：（1）、假定側(cè)艙門關(guān)閉時(shí)上支座孔心位置（P點(diǎn)）在側(cè)艙門旋轉(zhuǎn)軸心O點(diǎn)下方少許處，根據(jù)上支座孔心位置到外板輪廓線距離（假定為R1）、下支座孔心位置到外板輪廓線距離（假定為R2）、氣動(dòng)撐桿壓縮時(shí)的長(zhǎng)度（假定為

8、L2）和氣動(dòng)撐桿伸展時(shí)的長(zhǎng)度（假定為L(zhǎng)1），搜索側(cè)艙門開啟時(shí)上支座孔心位置（Q點(diǎn)）；（2）、在搜索不到Q點(diǎn)位置的情況下，將P點(diǎn)向下移動(dòng)一個(gè)步長(zhǎng)（STEP），然后返回步驟（1）繼續(xù)搜索，直到Q點(diǎn)存在為止；（3）、測(cè)量POQ的大小，其大小與此時(shí)側(cè)艙門的開啟角度相等，將POQ與所要求的側(cè)艙門開啟角度（）進(jìn)行比較，如果POQ比大5°，則將P點(diǎn)向下移動(dòng)一個(gè)步長(zhǎng)（STEP），然后返回步驟（1）繼續(xù)搜索，直到POQ比不大于5°為止；（4）、把此時(shí)的P點(diǎn)記為PT點(diǎn)，然后將P點(diǎn)向下移動(dòng)一個(gè)微小步長(zhǎng)（LSTEP，假定為1mm），返回步驟（1）繼續(xù)搜索，直到POQ比小為止；（5）、PT點(diǎn)即為所搜

9、索的上支座孔心位置，根據(jù)其位置重新繪出R點(diǎn)、Q點(diǎn)，完成了氣動(dòng)撐桿上、下轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸心的定位。采用UG/Open GRIP定位支座孔心位置，其側(cè)艙門開啟角度比所要求的值大，但其誤差在1°以內(nèi)，完全符合要求，實(shí)現(xiàn)了氣動(dòng)撐桿上、下轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸心的準(zhǔn)確定位。在側(cè)艙門關(guān)閉時(shí)氣動(dòng)撐桿上支座孔心位置、下支座孔心位置和側(cè)艙門開啟時(shí)氣動(dòng)撐桿上支座孔心位置確定后，就可以根據(jù)氣動(dòng)撐桿伸展長(zhǎng)度和壓縮長(zhǎng)度利用GRIP程序自動(dòng)建立氣動(dòng)撐桿在側(cè)艙門關(guān)閉時(shí)和側(cè)艙門開啟時(shí)的三維模型。2.3氣動(dòng)撐桿最小伸展力的確定圖4.側(cè)艙門力分析簡(jiǎn)圖在設(shè)計(jì)側(cè)艙門時(shí)，還應(yīng)計(jì)算出所需要的氣動(dòng)撐桿的最小伸展力，或者在已知最小伸展力的情況下，確定關(guān)艙門時(shí)所需要用的力是否適合。其計(jì)算可參見圖4，對(duì)側(cè)艙門進(jìn)行扭矩分析。Fn為氣動(dòng)撐桿最小伸展力與氣動(dòng)撐桿數(shù)量的乘積，G為側(cè)艙門的重力，F(xiàn)為在關(guān)閉側(cè)艙門時(shí)人手所用的最小力，L1、L2、L3距離可以通過GRIP程序自動(dòng)測(cè)量。由公式便可以計(jì)算出F或Fn。因?yàn)闅鈩?dòng)撐桿伸展力在關(guān)閉側(cè)艙門的過程中是不斷變化的，在這里并不詳加考慮，設(shè)計(jì)者可以參照Fn的計(jì)算結(jié)果來確定適當(dāng)?shù)臍鈩?dòng)撐桿最小伸展力。3 結(jié)束語通過采用GRIP編制的側(cè)艙門建模程序，能夠快速完成側(cè)艙門本體UG三維建模、氣動(dòng)撐桿支座準(zhǔn)確定位、氣動(dòng)撐桿UG三維建模和最小伸展力的確定。實(shí)踐表明，采