基于重力坝三维设计的CAD动态交互系统开发

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)天津大学 作者:张社荣

  为了在可研阶段合理、快速地制定重力坝设计方案,减少设计周期和成本,采用极限状态设计的方法,利用VB 6. 0 可视化编程工具开发出了一套能够与CAD 动态交互的重力坝三维设计系统。该系统通过对Auto-CAD 的二次开发实现了重力坝的三维参数化建模,并对所建三维模型进行结构计算,将设计与计算紧密结合,通过动态交互简化了大量复杂数据的计算,达到精确、快速完成断面设计的目的。经实践检验证明,该系统大大提高了断面设计效率,实用性强,对可研阶段的方案比选具有重大意义。

  引言

  混凝土重力坝结构简单,施工方便,安全度高,在水电工程中应用广泛。在重力坝断面确定之前往往涉及不同方案的比选、稳定及应力分析计算。重力坝设计在断面设计初期可更改性较大,但修改某个参数需要重新计算,重复工作量较大。目前重力坝断面设计计算主要有以下三种方式: a) 纯手工计算;b) Excel 表格与AutoCAD( 以下简称CAD) 配合计算; c) 纯程序计算。纯手工计算显然已经无法满足现代设计的需要。利用CAD 图元属性功能得到计算所需数据,人工输入到Excel 表格公式中进行计算,相比纯手工计算已经提高了一个层次,但是两种软件之间的反复切换操作不但大大降低了设计效率,反复的人工操作也增大了错误的出现概率。纯程序计算是现在的主流趋势,此类完善的程序较多,精确度较好,但是绝大多数程序以参数输入为主,计算时需要记录和输入大量的数据,且计算断面形式相对单一,不具有广泛的通用性。

  目前重力坝设计还处在二维水平阶段,但人在设计时的原始冲动是三维的,设计成果是有颜色、形状、材料、尺寸、位置、复杂运动关系等关联概念的三维实体。现阶段的水电行业设计工作是从三维到二维,再从二维到三维的过程,这种设计方式对设计工程师和施工者都提出了一定的要求: a) 设计者将原始的三维设计概念和思想抽象成相关联的平面三向视图并以二维平面图的形式来展示,这种设计方式往往难以完全表达设计者的原始设计思想,易出现差错和缺漏; b) 施工者又要将平面信息想象成三维的形体才可以进行施工,设计者与施工者之间表达和理解的差异往往也带来了差错。而三维设计则可以完全避免这种三维—二维—三维的繁冗过程。根据三维设计概念直接进行三维设计,输出的三维设计成果可以非常直观和完整地表达设计师的思想。只有三维设计才能完成思维过程与设计过程的统一,才是真正意义上的CAD,故三维设计是水利水电工程设计的必然趋势。

  为了提高重力坝三维设计水平,本文提出了基于重力坝三维设计的CAD 动态交互系统。此系统以工程设计人员最熟悉的AutoCAD 为基础,利用VB 6. 0 程序语言对CAD 进行二次开发,着重于系统与CAD 的动态数据交互,减少计算过程中计算参数的人为输入,采用动态交互功能实现计算剖面信息和计算系统的有效结合,通过动态交互功能减少了大量复杂数据的人为干预,通过计算结果和断面信息的动态交互达到快速、智能化地完成断面设计的目的,可以提高设计人员的工作效率。设计完成的三维成果还可直接导入到ANSYS 等通用有限元软件中进行数值分析。

  3、结束语

  本研究基于重力坝极限状态设计的方法和原则,利用VB6. 0 可视化编程工具实现了重力坝的三维设计程序化,在整个设计过程中通过不断与CAD 进行动态交互,利用CAD 强大的几何分析功能,实现了CAD 设计和计算分析的有效结合,很大程度上提高了计算速度和精度。结合本系统在实际工程中的应用得出以下结论:

  a) 基于三维设计方法,通过三维参数化实体造型技术可快速建立重力坝坝体三维实体模型,并满足各个设计阶段的需要,为设计人员提供一个直观的设计成果,大大增强了设计可视化程度。

  b) 通过三维参数化设计可快速实现重力坝断面设计,结合动态交互的计算系统可实现对众多方案的快速比选,为设计人员提供了方便。

  c) 采用动态交互功能实现设计和计算系统的有效结合,通过动态交互功能减少了大量复杂数据的人为干预,通过计算结果和断面信息的动态交互达到快速、智能化地完成断面设计的目的,使设计人员提高了工作效率。

  d) 利用VBA 技术开发了三维工程图快速输出子模块,能够快速输出可直接用于工程施工的设计坝段三维、二维工程图纸,并且实现了工程图纸的半自动标注,为设计人员节省了大量的作图劳动时间。

  e) 根据本系统计算结果及在工程中的实际应用,计算结果可靠、可满足设计要求,特别是对于水电建设的初期可研阶段具有较大的实用性,可快速评价设计方案和修改方案,缩短设计周期。

  f) 本文系统以工程设计人员最熟悉的AutoCAD 为基础,利用VB 6. 0 程序语言对CAD 进行二次开发,便于设计人员掌握和理解,故适用性较广。

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