Autodesk Inventor 應(yīng)用案例-轉(zhuǎn)載于《機械設(shè)計與制造》

非飛520

在Inventor中實現(xiàn)變形體的模擬
% N/ l! I) K, D- B四川.德陽第二重型機械集團公司
8 [9 M. l8 U1 O8 G0 |8 L; ]5 N設(shè)計研究院    馮克勇
: h$ V1 ?, d& k# u9 z% L5 b3 |
Inventor是目前使用較為廣泛的三維CAD軟件，它具有強大的產(chǎn)品造型和裝配功能，同時，通過裝配約束進行運動模擬，使設(shè)計人員能夠很直觀地看到設(shè)備的運動情況，給設(shè)計工作帶來了極大地方便。但是，通過裝配約束所能實現(xiàn)的都是機構(gòu)的剛體運動，而不能模擬物體的變形情況，在實際工作中，往往需要觀看一些物體的變形情況(如軋制過程中鋼坯的變形、擠壓成型等)。本文就這一問題，提出了一種解決途徑，下面通過一個軋制過程中鋼坯變形的示例(軋制模型如圖1所示)，敘述了如何實現(xiàn)這一目的方法。
, y0 b$ O+ b/ H. C 1、 變形體模型的建立
- c; ?* h, ^$ q* ]) M! a( `6 _9 ?由于Inventor中的運動模擬均是通過約束驅(qū)動實現(xiàn)的，而約束又是建立在設(shè)備中各零部件的之間的裝配關(guān)系，所以驅(qū)動的結(jié)果只能是零部件的剛體運動。為了實現(xiàn)物體的變形，我們采用了多及變形過程中的各變形體分別建模，然后將其重疊為一體(當(dāng)然，應(yīng)關(guān)閉輪廓顯示)，利用Inventor提供的函數(shù)，分別設(shè)置重疊體中各變形體的運動軌跡以實現(xiàn)變形的模擬。 本例中，鋼坯
薄，并且鋼坯在厚度方向上的變形是上下對稱的，根據(jù)軋制速度及鋼坯咬入情況，我們將鋼坯分成多個變形體(如圖2所示)，從圖中看到，經(jīng)過第9個變形體后，鋼坯的咬入過程就已完成，所以，我們通過前9個變形體的運動分析，就可以了解實現(xiàn)變形模擬的過程，因為鋼坯的變形是上下對稱的，所以在合成鋼坯中，每個變形體為兩塊(上下各一塊) ，前9個變形體重疊后如圖3所示。第10個及以后的變形體的重疊方法以此類推。 2、 約束的設(shè)定
) z( h9 A1 y9 D; b) D- x 在整個變形過程中
" c  f9 q: W) {. [. s，各變形體在運動過程中分時段與基體重合，就可達到變形的效果。因此，各變形體的位置約束均以基體為基準(zhǔn)，同時，在軋制過程中，基體也在移動，故我們建立了一個固定的虛擬體(可設(shè)為不可見體)作為鋼坯運動的參照(如圖5所示)，軋輥的轉(zhuǎn)動速度及基變形體的移動秩序均可以通過基體的移動來確定。 在本例
/ k5 E6 Y5 C% f$ {5 \* S1 A，在施加約束時，變形體與基體的側(cè)面和端面應(yīng)同向平齊，平齊距離為0。而在鋼坯的厚度方向上，同向平齊的距離為s，初始的s值為s0=(h0-h1)/2，變形后的s值為s1=0(如圖6所示)。變形體1~9在咬入軋輥后，約束變量s依次由s0變?yōu)閟1，這樣就實現(xiàn)了鋼坯由厚到薄的變形過程。取基體與虛擬體的距離L為驅(qū)動約束，L的長度為L0~Lmax，Lmax是鋼坯從開始軋制到軋制完成后基體的總行程。軋輥的轉(zhuǎn)速可通過L換算，各變形體及軋輥的約束關(guān)系如下： (1)鋼坯厚度控制距離：


) K$ }1 c, d) c( ^
  {& a/ b6 O- o, @' V$ P- ux1=s0 (1- p1)
& G3 ]7 ]3 f- b* C7 G/ K& \x2= s0 (1-p 2)
. W& q% U1 K/ o' [6 fx3= s0 (1- p 3)
7 V; W8 M' m1 G- o. vx4= s0 (1- p 4)
………
6 `: X: G) g, zx9= s0 (1
2 A: D" {. `6 \5 _% r; M5 q……
- j9 T7 C7 m" N  D. L" ~x1、
   p1、p2、p3、p4…..p9…___x1~x9的控制變量；
(2)軋輥旋轉(zhuǎn)角度：
A= ( L/R ) * 1 de
A____軋輥轉(zhuǎn)角(度)
      L____鋼坯移動距離(
R____軋輥半徑，式中* 1 deg / 1 m
, j7 }( N. A& k' w& f  J制變量：
1 [3 e) U! O1 g2 [8 e( M& b8 p! zp1=sign(L -
p2=sign(L - L0 -
p3=sign(L - L0 – 2*dl
p4=sign(L - L0 - 3*dlt)
……
P9=sig
9 @9 T) k$ |! [……
& c" F; ~) X5 x' s：L0_
       dlt____相鄰變形體的變形部分在機體移動方向上的差
移動的，故各變形體之間的dlt值相等。 (expr)是Inventor的內(nèi)部函數(shù)，當(dāng)expr<=0時返回
通過以上實例，本文簡單描述了Inventor中變形體演示的實現(xiàn)，當(dāng)然，實現(xiàn)變形并
此種方法，本文只是提出一種方法供大家參考，希望廣大的讀者朋友能提出更多更好的方法來與我們共同交流。  
編
: h0 w/ D2 E. K6 T/ A0 ^tor10.0和之后的版本中，零件的顯示與消失（包括淡入淡出）都可以通過Inventor Studio實現(xiàn)。
) h  |% E# r/ a. T0 f3 y
  
2 E9 m" _( q. m2 P8 R具體方法是：在Inventor的下拉菜單中選擇“應(yīng)用程序”&#61587;Inventor Studio”，然后設(shè)定零件的“褪色度”和時間軸的關(guān)系。
  V3 @+ s5 U( t7 u% o/ F4 ?另外，有興趣的Inventor愛好者可以嘗試使用Inventor的“自適應(yīng)”技術(shù)來實現(xiàn)零件在不同時間的變形。例如彈簧的壓縮過程。