Autodesk Inventor 應(yīng)用案例-轉(zhuǎn)載于《機(jī)械設(shè)計(jì)與制造》

非飛520

在Inventor中實(shí)現(xiàn)變形體的模擬
7 q% h: k" S+ C. y四川.德陽(yáng)第二重型機(jī)械集團(tuán)公司
設(shè)計(jì)研究院    馮克勇

Inventor是目前使用較為廣泛的三維CAD軟件,，它具有強(qiáng)大的產(chǎn)品造型和裝配功能，同時(shí),，通過(guò)裝配約束進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬,，使設(shè)計(jì)人員能夠很直觀地看到設(shè)備的運(yùn)動(dòng)情況，給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)了極大地方便,。但是,，通過(guò)裝配約束所能實(shí)現(xiàn)的都是機(jī)構(gòu)的剛體運(yùn)動(dòng)，而不能模擬物體的變形情況,，在實(shí)際工作中,，往往需要觀看一些物體的變形情況(如軋制過(guò)程中鋼坯的變形、擠壓成型等),。本文就這一問(wèn)題,，提出了一種解決途徑，下面通過(guò)一個(gè)軋制過(guò)程中鋼坯變形的示例(軋制模型如圖1所示),，敘述了如何實(shí)現(xiàn)這一目的方法,。
1、 變形體模型的建立
/ o! V/ m' F* h6 B9 Q  `) O: F由于Inventor中的運(yùn)動(dòng)模擬均是通過(guò)約束驅(qū)動(dòng)實(shí)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(dòng)的結(jié)果只能是零部件的剛體運(yùn)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)物體的變形,，我們采用了多及變形過(guò)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(yùn)動(dòng)軌跡以實(shí)現(xiàn)變形的模擬。 本例中,，鋼坯
! c" N, y- a/ Y  i薄,，并且鋼坯在厚度方向上的變形是上下對(duì)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(gè)變形體(如圖2所示),，從圖中看到，經(jīng)過(guò)第9個(gè)變形體后,，鋼坯的咬入過(guò)程就已完成,，所以，我們通過(guò)前9個(gè)變形體的運(yùn)動(dòng)分析,，就可以了解實(shí)現(xiàn)變形模擬的過(guò)程,，因?yàn)殇撆鞯淖冃问巧舷聦?duì)稱的，所以在合成鋼坯中,，每個(gè)變形體為兩塊(上下各一塊) ,，前9個(gè)變形體重疊后如圖3所示,。第10個(gè)及以后的變形體的重疊方法以此類推。 2,、 約束的設(shè)定
在整個(gè)變形過(guò)程中
3 a, T( [8 L. A1 ]. j. [2 {,，各變形體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中分時(shí)段與基體重合，就可達(dá)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(shí),，在軋制過(guò)程中,，基體也在移動(dòng)，故我們建立了一個(gè)固定的虛擬體(可設(shè)為不可見體)作為鋼坯運(yùn)動(dòng)的參照(如圖5所示),，軋輥的轉(zhuǎn)動(dòng)速度及基變形體的移動(dòng)秩序均可以通過(guò)基體的移動(dòng)來(lái)確定,。 在本例
  F6 g& \' W* }，在施加約束時(shí),，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(shí)現(xiàn)了鋼坯由厚到薄的變形過(guò)程,。取基體與虛擬體的距離L為驅(qū)動(dòng)約束,，L的長(zhǎng)度為L(zhǎng)0~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(guò)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：


- X  W  o3 P& ?6 M0 a2 X# j, L
' x4 `1 s7 l# m5 t  O0 q" [x1=s0 (1- p1)
) U% Q; T9 A  A3 j5 g! I5 ex2= s0 (1-p 2)
x3= s0 (1- p 3)
2 J# Q$ ^3 U4 V6 g* Sx4= s0 (1- p 4)
  n& l8 Y) {9 w9 G; x0 \………
+ {% q" z2 b/ C2 cx9= s0 (1
……
x1、
7 Z# U% Q+ h" w   p1,、p2,、p3、p4…..p9…___x1~x9的控制變量,；
! E( k6 ]$ T' I& f& g+ r(2)軋輥旋轉(zhuǎn)角度：
A= ( L/R ) * 1 de
- O4 a3 f  K) a/ I# z8 iA____軋輥轉(zhuǎn)角(度)
1 |; V/ C! m- ~2 B6 W% M      L____鋼坯移動(dòng)距離(
R____軋輥半徑,，式中* 1 deg / 1 m
) e- w- L1 X4 r5 i9 W制變量：
p1=sign(L -
p2=sign(L - L0 -
: J# X; h" i$ Q2 Fp3=sign(L - L0 – 2*dl
' R6 S& j- A- c' ?3 j6 G* {p4=sign(L - L0 - 3*dlt)
5 D/ b& i4 r, j2 e8 S……
* y$ @2 t! D1 E" o! bP9=sig
……
：L0_
: T) ?# x2 x  L       dlt____相鄰變形體的變形部分在機(jī)體移動(dòng)方向上的差
1 _, }& v% u: P# z9 Q! [移動(dòng)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(shí)返回
通過(guò)以上實(shí)例，本文簡(jiǎn)單描述了Inventor中變形體演示的實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然,，實(shí)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(lái)與我們共同交流,。  
1 k; h; E+ s8 }) Q. C編
, w8 M$ p4 b) `* R( e' Z6 U2 ktor10.0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(guò)Inventor Studio實(shí)現(xiàn),。
% \2 ^% ]6 x1 y- Y5 }  W
  
9 @: h( K# s1 W) P/ h. y/ V; E具體方法是：在Inventor的下拉菜單中選擇“應(yīng)用程序”Inventor Studio”,，然后設(shè)定零件的“褪色度”和時(shí)間軸的關(guān)系。
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(lái)實(shí)現(xiàn)零件在不同時(shí)間的變形,。例如彈簧的壓縮過(guò)程。