积石峡水电站尾水检修门设计与建模毕业论文.doc

积石峡水电站尾水检修门设计与建模毕业论文目 录摘 要IAbstractII目录IV第1章 绪论11.1 水工钢闸门介绍、发展历史及现状11.2 Autodesk Inventor软件简介和平面钢闸门设计中的应用21.3论文主要内容31.3.1 积石峡水电站尾水检修门设计31.3.2 检修门Inventor建模31.4论文思路及流程3第2章 积石峡水电站尾水检修门设计52.1积石峡水电站工程概况52.2积石峡尾水检修门计算说明52.3结构布置62.4 面板厚度初选72.5次梁计算82.5.1底水平次梁82.5.2中间水平次梁102.6 主梁计算112.7主滑块计算142.8埋件设计152.9启门力计算152.10吊耳设计计算162.11结论17第3章 积石峡尾水检修门Inventor参数化三维建模183.1Inventor功能与特点183.1.1零件设计183.1.2数字原型183.1.3运动仿真193.1.4评估零件性能203.2Inventor参数化三维建模方法203.2.1 自顶向下203.2.2 自下向上203.3积石峡尾水检修门建模步骤213.3.1生成零件213.3.2生成部件233.4积石峡尾水检修门门叶建模253.4.1装配面板253.4.2装配主梁253.4.3装配水平次梁263.4.4装配隔板263.5本章小结29第4章 积石峡水电站尾水检修门参数化修正304.1参数化辅助设计304.2参数化更改技术304.3 积石峡检修门参数化修正314.3.1 修改尺寸314.3.2 干涉检查324.3.3 距离检查334.4本章小结34第5章 结束语35参考文献36致 谢37附录38II第1章 绪论1.1 水工钢闸门介绍、发展历史及现状1 闸门的作用闸门是水工建筑物的重要组成部分之一，它可以根据需要封闭建筑物的空口，也可以全部或局部开启孔口，用于调节上下游水位和流量，从而获得防洪、灌溉、供水、发电、通航、过木过筏等效益，还可用于排除漂浮物、泥沙、冰块等，或者为相关建筑物和设备的检修提供必要条件。闸门通常设置在取水输水建筑物的进、出口等咽喉要道，通过闸门灵活可靠地启闭来发挥它们的功能与效益以及维护建筑物的安全1。2 闸门的组成从广义上讲，闸门包括闸门与阀门。闸门一般主要有活动部分、埋设部分、启闭设备三大部分组成。活动部分：是封闭孔口而又能根据需要开启孔口的闸门主体，一般称为门叶。埋设部分：埋设在土建结构中的构件，主要是孔口的门楣、底槛和支撑轨道等，通过这些构件将门叶承受的荷载（包括自重等）传递给土建结构，并与门叶一起形成闸门的止水结构及门叶的活动提供导向和限位。这部分一般称为门槽埋件。启闭设备：是控制门叶的开启、关闭的操作机械。3 水工钢闸门的发展历史及现状水工闸门的建设是与灌溉、供水及河流航运系统的发展紧密联系在一起的。在早期的水利工程中，水坝只是用来蓄水和将水输送到旁边的灌溉渠道中。对于过量的水，则通过坝顶排放。随着生产力的进一步发展，人们修建了“可移动的坝”(闸门)。这些可移动的坝可以从挡水的位置移开，为排放过量的水提供了通道，这使得水利工程的运行具有更大的安全性和灵活性。大约在983年，中国人发明了在间隔一段距离后建设两座坝的方法，船可以进入两座坝形成的“水池中”，通过升高或降低池中的水位来运送船只。荷兰的闸门开发采取的是与中国类似的模式。14世纪末，船闸在那里已经非常普遍，闸门仍是起落式闸门。第一座金属闸门出现在1830年左右。随着20世纪的到来，闸门的类型有了飞速的发展，出现了各种各样的闸门，现有的类型也出现了大的发展，但同时也面临着修建更大型闸门的挑战。现有的有代表性的钢闸门形式有：平面闸门、弧形闸门、人字闸门、扇形闸门等。我国钢闸门的应用虽然起步较晚，但进入20世纪以来，特别是新中国建立和改革开放以来，“高峡出平湖”的梦想逐步成为现实，代表中国设计水平的一大批水电工程相继破土动工或竣工，如三峡、小湾、溪洛渡、二滩、向家坝、小浪底、天生桥一级、漫湾等等。同时，作为水电工程中非常重要的结构形式，钢闸门的设计水平得到了空前提升，这主要体现在孔口面积、工作水头与总水压力这三项反映闸门水平的主要指标的水平提高上。目前国内高水头深孔弧门的技术特性已达到:孔口面积虽仍维持在30-80;但设计水头已由50-60m提高到120-160m;底流流速超过40m/s，达50多m/s，总水压力已经可达11000KN左右;闸门除要求在动水中全开、全关外，并且能在库水位变幅高达百米状态下任意开度的局开操作、调节水量等等。如此的规模和技术特性己达到了国际同类产品的先进水平。而且对高水头弧门设计的规模和技术特性的要求仍有上升的趋势。回顾国内外高水头弧门的设计运行情况，设计的立足点是很清楚的，以安全、可靠为宗旨，但在实际运行中还不能切实地保证高水头深孔弧门不出故障。国内、外几十年的运用历史表明，出现了不少事故，有的事故成了很大的危害。究其原因，除制造、安装及运行上的原因之外，主要在于设计中出现的问题3。1.2 Autodesk Inventor软件简介和平面钢闸门设计中的应用 Autodesk Inventor软件是美国Autodesk公司于1999年底研制开发的一种基于特征的实体建模工具，它包含三维建模、信息管理、协同工作和技术支持等各种特征。使用Autodesk Inventor可以创建三维模型和二维制造工程图、可以创建自适应的特征、零件和子部件，还可以管理上千个零件和大型部件。将Autodesk Inventor应用于平面钢闸门的设计中将使闸门的设计更加容易9。随着一批大型水电工程的上马，坝工技术和辅助设计水平的提高使得钢闸门的设计趋于复杂化，迫切需要在传统设计的手段和思路进行改革，以适应当前的设计趋势。在科技飞速发展的今天，产品设计已经进入了全新的三维可视化设计阶段，三位参数化设计和二维设计相比有着直观形象，容易事先发现设计缺陷等优越性，有助于提高设计质量和效率。Autodesk Inventor软件在三维参数化设计方面有着明显的优越性。利用Inventor软件作钢闸门建模，形象直观，容易事先发现设计中的缺陷，有助于提高设计效率，保证设计质量。应用Inventor于钢闸门设计中的效果，对原来钢闸门设计思想结合当前最新的设计理论，可将钢闸门设计提高到一个新的层次16。1.3论文主要内容1.3.1 积石峡水电站尾水检修门设计闸门结构设计包括以下内容：闸门门体结构形式选择，构件布置，构件及其连接件材料的选用和构件计算等。门叶结构由面板、主梁、边梁、水平次梁及垂直次梁等构件组成，它们一级一级地传递荷载，最终把水压传递给支座，其具体位置的安排相互制约，需协调试算。梁系尺寸位置确定后，按照实际可能发生的最不利的荷载组合情况进行强度、刚度和稳定性验算。对平面钢闸门的设计基本理论进行学习，了解平面钢闸门设计的方法及平面钢闸门中各个构件的设计过程中所涉及的公式应用。学会平面钢闸门的框架结构布置。1.3.2 检修门Inventor建模通过利用Autodesk Invento软件对检修门门叶进行建模，将门叶的计算结果输入到Inventor当中建立三维模型，将检修门的设计与Inventor建模紧密结合在一起。首先在设计中对门叶结构进行初步设计，确定出门叶大概的构件尺寸和相对位置关系，然后通过Inventor建模确定门叶的三维模型，在建模过程中对发现的问题返回到设计中重新确定，如此反复修改和确定，直到得出正确的门叶结构11。 1.4论文思路及流程本论文通过对积石峡水电站尾水检修门的设计从而学习平面钢闸门的设计基本理论，首先对检修门门叶进行布置，初步确定构件尺寸，然后对构件进行验算，确定出一组相对比较适合的尺寸及相对的位置关系。然后利用Autodesk Inventor软件设计绘制检修门门叶结构，对平面钢闸门进行参数化建模研究。通过建模来模拟显示钢闸门的模型，形象直观的反映出检修门的结构，这样容易发现设计中的缺陷，和构件尺寸和位置上的错误。针对错误的构件可以重新返回到结构设计中重新验算，来确定一组新的构件，如此不断反复验算调整最终可以生成正确的门叶结构，这样有助于提高设计效率，缩短设计周期，保证设计质量，图1-1为论文编写流程。检修门门叶设计 门叶布置初步确定位置关系主梁布置次梁布置其他构件布置吊耳布置结构设计其他构件设计面板设计主梁设计次梁设计吊耳设计面板其他构件Inventor三维建模根据初期各个构件的二维布置关系，将设计好的构件一一装配到相应位置上主梁次梁参数化修正结构形式符合吊耳结构形式不符合 生成模型 图1-1论文编写流程第2章 积石峡水电站尾水检修门设计2.1积石峡水电站工程概况积石峡水电站位于青海省循化县境内积石峡出口处，是黄河上游干流龙青段梯级规划的第五个大型梯级电站，距循化县城30km处，距西宁市206，距民和县城100。积石峡水电站主要任务是发电。该工程水库为日调节水库，正常蓄水位1856m，工程规模为等大（2）型，大坝为1级建筑物，泄水建筑物、引水发电及厂房均为2级建筑物。大坝、泄水、引水发电建筑物按500年一遇洪水设计，5000年一遇洪水校核，其入库洪峰流量分别为5850 m3 /s和7550 m3 /s。厂房按200年一遇洪水设计，考虑机组参与泄洪，厂房按5000年一遇洪水校核；泄水建筑物消能防冲按50年一遇设计，积石峡尾水检修门基本资料见表2-1。表2-1 积石峡尾水检修门基本资料孔口尺寸(宽高):6.7m9.2m止水尺寸(宽高):6.85m9.3m底坎高程:1754.55m尾水平台高程:1975.50m校核洪水位:1793.87m设计尾水位:1792.22m正常尾水位:1784.00m最低尾水位:1782.37m设计水头:38m启门时容许水位差:1m水容重：10KN/m3闸门型式:平面滑动钢闸门2.2积石峡尾水检修门计算说明闸门结构设计包括以下内容：闸门门体结构形式选择，构件布置，构件及其连接件材料的选用和构件计算等。就钢闸门而言，即对闸门门叶及埋件钢材钢号的选用，一般均按水利水电工程钢闸门设计规范(DL/T50391995)的规定要求，并根据不同情况选用。闸门一般采用焊接结构，其焊接结构的连接材料按有关机械性能及成分的常用材料手册选用。闸门门叶结构由面板、主梁、边梁、水平次梁及垂直次梁等构件组成，其具体位置的安排相互制约，需协调试算几次，以求得较为经济合理并便于制造运输的布置。梁系尺寸位置确定后，按照实际可能发生的最不利的荷载组合情况进行强度、刚度和稳定性验算5。2.3结构布置1 水平总压力计算闸门封水尺寸：6.85m9.3m. 支承跨距：7.3m。 （2-1）按本章公式均引用自水利水电工程钢闸门设计规范（DL/T503995）。其中： PS-全门总水压力，kN;-水容重，; Bzs-闸门止水宽度m;hzs-闸门止水高度，m;Hs-设计水头，m 2 闸门布置的一般原则 平面闸门梁格宜采用等高连接，并应考虑制造、运输、安装和防腐等方面的要求。平面闸门可按照孔口形式及宽高比布置成双主梁或多主梁形式。主梁布置应考虑以下因素2： (1)主梁宜按等荷载要求布置 (2)主梁间距应适应制造、运输和安装的条件 (3)主梁间距应满足行走支承布置的要求 (4)底主梁到底止水的距离应符合底缘布置的要求 3门叶布置 闸门按运输要求分成四节, 底节门叶高2.1m，中节门叶高2.3m(共2节)，顶节门叶高2.6m，节间在工地以连接板组焊在一起。面板置于下游侧，水封布置于上游侧。主支承采用钢滑块，每节门叶布置4块。反向支承采用铰式弹性反轮，每节门叶布置4个。初步确定梁格采用复试布置和等高连接；采用八根主梁、七条次梁。根据主梁的跨度，布置四道隔板，隔板间距约为1.82m。边柱采用双腹板，行走支撑采用滑块。闸门在静水中启闭，可把面板布置在上游侧。梁格布置见图2-1：图中单位以mm计图2-1 梁格布置2.4 面板厚度初选 根据门叶区格布置及各区格所承受荷载的情况，计算结果见表2-2。 （2-2） （2-3）表2-2 面板计算结果表区格a(mm)b(mm)b/akq (N/mm2)(mm)37018254.90.51.40.09117.742018254.30.51.40.08738.4III55018253.30.51.40.082910.5IV55018253.30.51.40.077410.2V70018252.60.51.50.070611.3综上计算，考虑锈蚀等因素，面板厚度取，计算时考虑1mm锈蚀，取15mm。2.5次梁计算 在等高连接的梁格中，水平次梁遇竖直次梁断开，因此水平次梁按承受均布荷载的简支梁计算。在等高连接的梁格中，多用实腹隔板代替竖直次梁，以及在降低连接的梁格中，水平次梁连续地支承在隔板或竖直次梁上，此时水平次梁可按承受均布荷载的多跨连续梁计算。 水平次梁常用的截面形式：承受荷载不大的水平次梁，可用等边或不等边的角钢制造，荷载较大时，可采用槽钢和工字钢或组合截面3。以底节门叶的底水平次梁和中水平次梁按4跨连续梁分别计算。，计算简图见图2-2。图2-2次梁计算简图2.5.1底水平次梁1 荷载与内力均布荷载的等跨连续梁内力及挠度计算：弯矩 （2-3） 剪力 （2-4） 挠度 （2-5） 式中：-系数，查表取用;-两相邻支座的跨度;-均布荷载强度;-材料的弹性模量;-计算截面的惯性矩。2线荷载 3荷载计算查表可知，支座弯矩最大。最大弯曲 最大剪力 截面特征 对于连续梁中负弯矩段，面板的有效宽度应按下式取用： （2-6）式中：-有效宽度系数，查表取用；-主、次梁的间距。 主次梁间距 面板利用宽度 查表：面板参与次梁作用的有效宽度 取面板利用宽度： 底次梁截面见图2-3。 图2-3底次梁截面 应力验算： 在一个主平面内受弯构件按下式验算相应截面的正应力和剪应力正应力 = （2-7） 剪应力 = （2-8）式中：M、Q-所验算截面的弯矩和剪力；I-所验算截面对中和轴的惯性矩；W-所验算正应力截面的抗弯截面模量；S-所验算剪应力截面处中和轴一侧截面面积对中和轴的面积矩；-腹板厚度；、-钢材的抗弯、抗剪容许应力，查表取用。 最大弯曲应力 最大剪切应力 满足要求挠度验算：跨中挠度 满足要求2.5.2中间水平次梁主次梁间距： 线荷载： 荷载计算：查表可知，支座弯矩最大。 面板利用宽度： 查表： ；取面板利用宽度： 该次梁选用工字钢28b，Q235B，截面见图2-4。 图2-4中间次梁截面 应力验算 挠度验算 跨中挠度 结论：综上计算，该两种次梁的强度满足要求。2.6 主梁计算以倒数第二节门叶计算，主梁计算简图见图2-5。图2-5 主梁计算简图1主梁荷载 平面钢闸门的主梁，一般有实腹式和桁架式两种。实腹式主梁一般采用组合工字截面或箱型截面，跨度小的闸门为制造方便，可选用型钢，如槽钢和工字钢。考虑面板部分参与主梁弯曲工作，组合式主梁可设计成不对称截面。对于主梁跨度较大的露顶门，为减小门槽尺寸和节约钢材，采用变截面的主梁。目前，我国大中型水电工程中，平面闸门的主梁，绝大多数都采用组合梁。 根据止水与面板的布置不同，主梁的受力有所不同，内力计算和强度计算也不同。当面板与主梁直接相连时，部分面板可以作为主梁翼缘的一部分5。倒数第二节 门叶总水压力 （2-9）式中：-水的重度，KN/m3；Hs-上游水头,m；h-门叶高度，m；Bzs-两侧止水间距，m。荷载及内力 主梁为等荷载布置，其线荷载为 其中： Mmax-最大弯距，kN.m；Qmax-最大剪力，kN；l0-为闸门支承跨距,m；ln-为封水间距, m；qi-闸门主、次梁水平线荷载, kN/m；其它符号同上。2主梁断面 (1) 面板有效宽度计算：对于简支或连续梁中正弯矩段，面板兼作主梁翼缘的有效宽度按下式取用： 或 （2-10）式中： b-主、次梁的间距，；-有效宽度系数，查表取用；-面板厚度；-梁肋宽度，当梁另有上翼缘时，为上翼缘宽度；L0=7300mm。 面板利用宽度 1= 0.984 ，取 (2) 截面计算（面板考虑1mm的锈蚀层）主梁截面见图2-6。主梁截面特性见表2-3。表2-3 主梁截面特性上翼缘宽b1(mm)482上翼缘厚h1(mm)15腹板宽b2(mm200腹板厚h2(mm)12主梁厚度b3(mm)16主梁宽度h3(mm1142下翼缘宽b4(mm)400下翼缘厚h4(mm)30总面积S0(cm3) 8920最大面积矩Smax(cm3)8822.7对x-x轴惯性矩Ix(cm4) 926201 2-6主梁截面3强度计算应力计算： 最大弯曲应力 (2-11)最大剪切应力 (2-12)式中：Mmax主梁最大弯矩(kN.m)；Qmax主梁最大剪力(kN)；ymax中性轴距截面外缘最大距离（mm）；I截面对X轴惯性矩（mm4）；SxX轴以上/下截面对X轴的静矩（mm3）；梁腹板厚度（mm4）。满足要求4挠度计算 主梁变形过大，会造成支座偏转而使零件磨损，使顶止水密封不严而漏水，甚至使动水中工作的闸门产生较严重的振动。因此 ，应限制主梁挠度不超过容许值。对于潜孔的工作闸门和事故闸门，其最大相对挠度为；对于露顶的工作闸门和事故闸门，则为1。 闸门主梁刚度计算时可近似地认为计算跨度和荷载跨度相等。受均布荷载的等截面简支梁其最大相对挠度按下式计算: （2-13）式中：I-截面的惯性矩；q均布荷载；l支承跨度（mm）；E钢材弹性模量2.06105（MPa）。 综上计算，该主梁的刚度满足要求。2.7主滑块计算主滑块选用铸钢滑道，每节门叶布置4块主滑块，每块滑块长L=750mm。倒数第二节门叶下边两滑块荷载最大，主滑块见图2-7。每块滑块承受最大荷载 接触应力按下式计算 （2-14）式中：p滑块上最大荷载，KN3；E弹性模量；b滑块与轨道的接触长度；R滑块的弧面半径；-屈服强度。 材料：ZG310570 结论：接触强度满足要求 2-7主滑块2.8埋件设计 埋件结构见图2-8。轨道底板的混凝土承压应力(1) 每块滑块承受最大线荷载：图2-8埋件结构 （2-15） 式中 Bk 轨道底板宽度，mm；q滑块单位长度荷载，N/mm。所以，二期混凝土标号取C30 ，其。(2) 轨道底板弯曲应力： （2-16）式中 c底板悬臂段长度,mm；底板厚度,mm；抗弯容许应力,MPa2.9 启门力计算静水启闭：H=1m 总水压力门重： G=550kN （门重是通过三维模型确定的）支承摩阻力 （2-17）其中：p-作用于闸门上的总水压力，kN；-滑动摩擦系数，查表取为0.6。 主滑块摩阻力： 止水摩阻力 （2-18）其中：-止水橡皮达到预压缩量产生的压力，kN；Pzs -水压力作用于止水橡皮上产生的压力，kN；-滑动摩擦系数，查表取为0.5。 水压力引起的摩阻力： 水封预压缩4mm： （2-19）其中：-摩擦阻力安全系数，取1.2；nG -闸门自重修正系数，取1.1；G-闸门自重，kN。 结论： 启闭机选用单向门式起重机可以满足。2.10吊耳设计计算 启闭机为1250KN 起吊力 P吊=625 KN 考虑超载，对起吊力乘以超载系数1.1. P吊=6261.1= 687.5kN 本闸门采用双吊点启闭，每个吊点设 两片吊耳板，每片吊耳板的两侧分别布置 加强板各一块，吊耳见图2-9。 图2-9吊耳 吊耳孔壁承压应力 （2-20） 其中：n-启闭荷载不均匀系数，取1.2；P-每个吊点的计算拉力，kN；d-吊耳孔直径，mm；-吊耳板计算厚度，mm，吊耳板见图2-10；1-吊耳板厚度，mm；2-加强板厚度，mm；-吊耳孔倒角厚度，mm吊耳孔拉应力 （2-21） 其中：R-吊耳板外径，mm；r-吊耳孔半径，mm =95.5=145.24Mpa=180Mpa 图2-10吊耳板结论：吊耳孔壁承压应力和拉应力均在容许范围内，满足结构强度要求。2.11结论在初步拟定梁格尺寸的基础上，闸门面板厚度计算的最大值为11.8mm，考虑23mm锈蚀，面板厚度选择16mm是合理的；主梁，次梁，吊耳等零部件的计算应力，满足强度和刚度的要求。各个构件的尺寸与相对位置也初步满足设计要求，通过下一步的三维建模如果发现设计中存在问题可返回计算重新确定，表2-4为应力验算结果.表2-4 主次梁应力验算结果 结论主梁22013012857.6满足要求底水平次梁22013093.6262.62满足要求中水平次梁16095117.186.91满足要求第3章 积石峡尾水检修门Inventor参数化三维建模3.1Inventor功能与特点3.1.1零件设计基于功能设计，Inventor帮助用户定位设计的功能需求，以进一步创建三维模型，并节省设计具有竞争力产品的时间。草图绘制在创建零部件模型之前，需要对不同的设计决策进行评估。在Inventor的草图环境中，能在二维环境中表达多种设计思路。通过简明的约束工具，实现不同的设计方案的讨论，草图可有不同的颜色、线形和线宽来支持不同方案的表达。几何结构分析创建具有高质量曲面模型，并且检测设计数据的可制造性，以降低制造成本。用于检查设计几何属性的大量分析工具可以在零件设计环境和构造环境中使用。分析工具包括：斑马纹分析，增强了间距控制和显示的准确性，完成对曲面相切和连续性的可视化确认；高斯曲面分析，提供曲面曲率分析结果；剖面分析，使用不同的颜色表达最大和最小壁厚的区域；拔模斜度分析，使用不同的颜色表达基于开模方向的拔模角度，其中开模方向是由一条轴、一个面或者一个平面决定的。检测装配中两个成员或者两个面之间的最小距离。可使用Autodesk AliasStudio的概念设计数据，以减少完成三维设计的时间。重用AliasStudio的曲线和曲面，这些信息来自这两个产品内嵌的DWG导入和导出工具。在Inventor构造环境中实施曲面的导入，然后用灌注(Sculpt)特征工具将这些曲面整合到三维零件模型中。灌注工具使用灌注工具可以快捷地创建曲面围成的形状细节，这里的曲面可以是在Inventor创建的，也可以是从其他软件中导入的。还可以使用灌注工具添加或切除实体来编辑现有的模型，这就实现了基于一组封闭曲面或者从其他软件中导入的曲面构建而成三维模型。3.1.2数字原型创建数字原型以确定设计细节，节省制造真实零部件的成本。在设计初期验证和模拟设计结果，能创建创新的、高质量的产品。同时降低制造成本和缩短进入市场的时间。在完成实际机器之前，就完成对零件和装配的构思和功能设计验证。在设计过程中或完成设计后，能够简洁地察看草图、零件和装配。同时在设计过程中，帮助设计者选择最佳的设计方案。使用装配位置表达，在不同机构运动位置评估设计结果。自动极限功能将自动监测选定的设计参数并在参数超出指定的范围时显示颜色标识警告以减少设计错误。使用自动限制功能可以监测长度、距离、角度、直径、周长、面积和质量。在Inventor装配环境下可将装配模型存为STL格式的文件以应用于快速成型。3.1.3运动仿真 使用Inventor的设计者，可以利用运动仿真预测产品在真实条件下的运动状况。运动仿真可以减少创建真实零部件进行台架试验的时间和成本，也可以避免昂贵的咨询费用。模拟 模拟机械装置和原动力的运转，以保证设计的正确性，同时也降低了创建真实零部件的费用。计算在整个运转周期内的约束条件，并且精确地调整原动力和结构的参数，加载符合实际的驱动载荷。同时可以分析机械装置中每一个零部件的位置、速度、加速度和载荷。点轨迹 根据精确的部件位置确定某结构和固定结构间的间距。选择模型中任意一点使用“轨迹选项”能记录在动作全程中每一瞬间该点的位置。保存零件和装配设计模拟的输出结果中将包括点轨迹和装配位置。 使用所提供的相关图表可以快速地表现出动态特性在机器的运转周期中的变化。这些特性包括位置、力和时间加速度。使用同一图表的多个副本可以比较模拟周期内每一点的不同特性。 将运动轨迹的XY数据输出到Microsoft Excel表格中进一步分析模拟结果并且把分析结果合并到产品设计结果的演示和报告中。调用约束 可以简捷创建运动仿真并描述机构的运动过程。运动约束会分析出模拟过程中的相关零件和正确的运动副。也能先添加连接约束库中的标准运动约束。然后添加弹簧和阻尼器。能定义每一个连接处的摩擦系数。3.1.4评估零件性能 使用评估功能检测零件在真实操作条件下的变形使用材料选择分析，为零件选择最合理的材料种类和位移状况，省略了传统的计算和试验，节省了零件进行决策支持。选用的材料越少，每个零件的成本设计时间就越低。同时还能节省运费、材料加工费和仓储费。在装配环境下分析零件能在装配环境下进行零件分析，而不必打开这个零件。这样的分析模式会使设计者更好的了解零件在机构与装配中的情况。 Inventor凭借它出众的显示表达功能，使得它在众多三维软件中显得更为优秀。它强大的绘图制图功能也是众多设计者在设计工程中不可或缺的部分。因此，Autodesk Inventor已经被广泛的应用在建筑工程、机械制造等领域10。3.2Inventor参数化三维建模方法 Inventor参数化建模一般分为自顶向下和自下向上两种方法。3.2.1自顶向下所谓的自顶向下的设计就是从整体到局部，先主后次的设计理念。它强调从设计实体入手，从设计实体上衍生出设计人员需要的分析计算模型，二维工程图模型，通过实体的参数化模型带动分析模型和二维工程图模型的改变，达到提高设计效率的目的。自顶向下的设计理念也符合人类认识事物的基本过程：人们观察到的总是三维的物体；运用投影、剖分等技术把物体在纸面上表现出来就是工程图；利用三维模型的简化模型进行计算就是规范规定的方法；从三维实体模型中得出有限元网格进行有限元数值分析，即可得到细部结构的应力、位移等的详细情况。3.2.2 自下向上所谓的自下向上的设计理论，就是从局部到整体的设计理论，即先分别设计制造好单独的零部件，再根据不同的位置和约束关系，将一个一个的零件装配起来。这种设计方法能充分利用现代三维建模软件强大的零件实体造型以及零件装配功能。这种设计方法思路简单，操作快捷、方便，容易被大多数设计人员所理解和接受。但是自下向上在设计意图的表达，装配协调、设计变更等方面存在不足之处，具体变现为：（1）零件实体造型是基于零配件特征的设计，无法表达和传递产品的设计意图（如产品的功能、结构要求、装配关系等信息），无法支持和指导后继的设计过程。（2）零部件的装配依靠各零件间的配合关系，无法完整表达零部件间的装配关系（定位关系、运动关系等），且装配时操作频繁，当配合关系较多时容易出现欠约束和过约束情况。（3）零部件间没有任何关联，当某些设计参数改变时，与之相关的其他设计参数不能同步修改，造成设计变更的不一致，由此引起重复修改及装配错误等问题17。3.3积石峡尾水检修门建模步骤基于以上两种建模方法，本论文将综合采取，既有自顶向下从整体到局部，先主后次的设计理念，又有自下向上从局部到整体的设计理论，综合两种方法的优点，对积石峡水电站尾水检修门进行参数化建模，具体步骤分为生成零件和部件拼装。3.3.1生成零件经过对水工平面钢闸门的初步设计，建模的第一步，我们可以先做出各个零部件的三维模型。二维草图必须建立在一个二维草图平面上，草图平面是一个带有坐标系的无限大的平面，当新建了个零件的时候就已经创建了个默认的草图平面。平面可是零件的表面，也可是坐标平面。要在基准面上创建草图，可在浏览器中或在工作空间选中某个基准面，单击右键，在【打开】菜单中选择【新建草图】选项即可。要在某个零件的表面新建草图，可选中该工作平面，然后单击右键，在【打开】菜单中选择【新建草图】选项即可。对于积石峡检修门零件进行建模，首先运行Inventor，出现【Inventor标准】对话框，点击【新建】标签下的【Standard.ipt】，新建一个标准零件文件18。下面以创建中节门叶的面板为例进行举例说明，其余零件创建过程与此类似，在此不再叙述。(1) 在草图上绘制面板轮廓可利用矩形工具方便地创建矩形，通过 指定两个点来创建矩形，也可通过 指定3个点生成矩形。然后可利用【通用尺寸】工具 来进行尺寸的添加。然后单击右键在菜单栏中选择【结束草图】进入添加特征界面。图3-1为面板轮廓的草图。图3-1面板草图(2) 点击【零件特征】面板上的【拉伸】工具按钮，打开【拉伸】对话框对面板厚度进行设置，图3-2为面板的拉伸。图3-2拉伸面板(3) 对面板轮廓草图进行修改，添加新的特征最终生成面板零件，图3-3为面板模型。图3-3面板模型按同样的方法，可以把门叶结构的主梁、次梁、底梁、吊耳等零件也建立。3.3.2生成部件零件模型的设计完成后还需要将各个零件装配成部件，部件是由零件装配而成，既可以由单独的零件组合而成，也可以由子部件组成。下面以中节门叶的面板和主梁为例进行举例说明，其零件组装过程与此类似。1对于积石峡检修门零件进行建模，首先运行Inventor出现【Inventor标准】对话框，点击【新建】标签下的【Standard.iam】，新建一个标准零件文件。要在Inventor中添加已有的零部件，可以选择【部件面板】上的【装入零部件】工具按钮。图3-4为 装如面板和主梁的零部件。图3-4装入面板和主梁2在部件文件中装入或创建零部件后，可以使用装配约束建立部件中的零部件的方位，模拟零部件之间的关系。点击【部件面板】面板上的【约束】工具按钮，打开【约束】对话框对面板和主梁进行设置。配合约束将零部件面对面放置或使这些零部件表面齐平相邻，该约束将删除平面的一个线性平移自由度和两个角度旋转自由度。 配合约束有两种类型，一是【配合】，互相垂直地相对放置选中的面，使面重合。二是【表面齐平】，用来对齐相邻的零部件，可以通过选中的面、线或点来对齐零件使其表面法线指向相同方向。要在两个零部件之间添加配合约束，可以： (1)选择【类型】选项中的【配合】按钮，然后点击【选择】选项中的两个红色箭头分别选择配合的两个平面、曲线、平面、边或点。 (2)【偏移量】选项指定零部件相互偏移的距离。 (3)在【方式】选项中可选择配合的方式，即配合或者表面齐平。 (4)选【显示预览】选项可预览装配效果。 (5)通过选中【预计偏移量和方向】选项在装配时由系统自动预测合适的装配偏移和偏移方向。(6)最后点击【确定】按钮以完成配合装配。在方式选项中选择配合方式，将面板和主梁需要连接的面垂直的放置在一起。图3-5为面板与主梁配合约束在一起。图3-5面板与主梁配合约束在方式选项中选择配合方式表面齐平，将面板和主梁需要连接的面的放置在一起，然后在偏移量的选框中输入主梁在面板上的实际位置尺寸。再次经过表面齐平命令将主梁的左表面的位置确定下来，经过三次约束，面板和顶主梁就可以约束在一起，其尺寸和相互方位也与设计中完全相同，图3-6为显示面板与主梁的实际位置关系的模型。图3-6面板与主梁的实际位置关系3.4积石峡尾水检修门门叶建模以上是两个部分是零件创建和部件拼接的步骤及方法。以下以门叶的中节叶为例结合前面的门叶设计部分对门叶的Inventor建模进行具体阐述。其他门叶建模过程与步骤中节也相似在此不再进行介绍。3.4.1装配面板将已经创建建好的面板零件装入部件的界面中，如图3-7装入面板。图3-7装入面板3.4.2装配主梁将主梁零件载入部件界面中，以设计的出的面板与主梁的相对位置关系，将面板与主梁装配在一起，如图3-8为主梁的装配。(a) (b)图3-8装配主梁3.4.3装配水平次梁载入中节叶的水平次梁，根据相对位置关系，将其与面板和主梁生成的部件进行装配，如图3-9为水平次梁的装配。(a) (b)图3-9装配水平次梁3.4.4装配隔板载入中节叶边梁、隔板的零部件，根据相对位置关系，将其与面板主梁和次梁生成的部件进行装配，如图3-10为边梁隔板的装配。(a) (b)(c) (d) (e)(f)图3-10装配边梁与隔板 将中节叶上的其他的零件装配在部件上可完成中节叶建模，中节门叶模型见图3-11。图3-11中节叶模型按同样的方法，我们把检修门门叶结构的其他门叶也建立出来，经过反复修改调整可完成门叶的建模，门叶整体模型如图3-12。生成积石峡水电站尾水检修门三维仿真模型图3-12积石峡尾水检修门门叶模型3.5本章小结通过对检修门门叶结构的建模，主要是为了将门叶布置和构件形象直观展现出来，这样容易事先发现设计中的缺陷和不足。如果在建模过程中发现问题则返回到设计中重新确定，如此反复修改和确定，直到得出正确的门叶结构。将设计和建模联系在一起，有助于提高设计效率，缩短设计周期，保证设计质量。第4章 积石峡水电站尾水检修门参数化修正4.1参数化辅助设计耳熟能详的各种建模软件如Autodesk Inventor、sketchup、Bonzai3d、3dmax和计算机辅助工具revit、archicad这些所谓的BIM，都属于“参数化辅助设计”的范畴，即使用某种工具改善工作流程的工具；这些虽能提高协同效率、减少错误、或实现较为复杂的建筑形体，但却不是真正的参数化设计。真正的参数化设计是一个选择参数建立程序、将建筑设计问题转变为逻辑推理问题的方法，它用理性思维替代主观想象进行设计，它将设计师的工作从“个性挥洒”推向“有据可依”；它使人重新认识设计的规则，并大大提高运算量；它与建筑形态的美学结果无关，转而探讨思考推理的过程。 在参数化设计系统中，设计人员根据工程关系和几何关系来指定设计要求。要满足这些设计要求，不仅需要考虑尺寸或工程参数的初值，而且要在每次改变这些设计参数时来维护这些基本关系，即将参数分为两类：其一为各种尺寸值，称为可变参数；其二为几何元素间的各种连续几何信息，称为不变参数。参数化设计的本质是在可变参数的作用下，系统能够自动维护所有的不变参数。因此，参数化模型中建立的各种约束关系，正是体现了设计人员的设计意图。 参数化设计可以大大提高模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发方面都具有较大的应用价值。目前，参数化设计中的参数化建模方法主要有变量几何法和基于结构生成历程的方法，前者主要用于平面模型的建立，