三維設(shè)計(jì)水利水電工程設(shè)計(jì)論文

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1.三維設(shè)計(jì)軟件的科學(xué)選擇

在水利水電工程設(shè)計(jì)中，需要進(jìn)行應(yīng)用的三維設(shè)計(jì)軟件是一種集成化的系統(tǒng)。對(duì)于三維設(shè)計(jì)軟件的科學(xué)評(píng)測(cè)，應(yīng)從這么幾個(gè)方面分析：第一，系統(tǒng)綜合性功能：主要是指設(shè)備驅(qū)動(dòng)、圖形顯示、圖形管理、繪畫(huà)等功能。第二，二維圖形功能：主要是指必要的繪圖、編輯、標(biāo)準(zhǔn)、輔助功能等。第三，三維造型、零件設(shè)計(jì)功能：主要是指線框、曲面、實(shí)體等多方面的造型功能。第四，裝配功能：主要是指基本規(guī)模、約束、干涉檢查等功能。第五，二維及三維模型的關(guān)聯(lián)功能：主要是指運(yùn)用三維模型的建立進(jìn)一步生成相應(yīng)的二維圖形。

2.水利水電工程中三維設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用

2.1CATIA的應(yīng)用

2.1.1CATIA的應(yīng)用功能CATIA三維設(shè)計(jì)平臺(tái)所包含的主要內(nèi)容為曲面設(shè)計(jì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工程設(shè)計(jì)、知識(shí)工程四大工程包。第一，曲面設(shè)計(jì)包。此工程包在水利工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要為：對(duì)工程設(shè)計(jì)所涉及到的不同地形、地質(zhì)的建模問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)妥善的解決。主要包括的內(nèi)容為對(duì)復(fù)雜型曲面、曲面變形、逆向工程等進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)在應(yīng)用中還可對(duì)地面建模相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行較為完整的導(dǎo)入及處理，從而預(yù)測(cè)生成地質(zhì)建模數(shù)據(jù)。通過(guò)相關(guān)的地質(zhì)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)的科學(xué)計(jì)算，確保整個(gè)工程設(shè)計(jì)中地質(zhì)、水工、施工等多方面的信息數(shù)據(jù)得以結(jié)合，其應(yīng)用價(jià)值極佳。第二，內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包。此工程包在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要針對(duì)問(wèn)題為壩工部件的合理設(shè)計(jì)，能夠完成較為復(fù)雜的曲面設(shè)計(jì)工作。同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)參數(shù)及模板化設(shè)計(jì)，為壩體的建模創(chuàng)設(shè)一個(gè)較為直觀且高效的環(huán)境。對(duì)于設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程及方法能夠進(jìn)行捕捉及重用操作，進(jìn)一步提升整個(gè)水利水電工程的設(shè)計(jì)速率及整體質(zhì)量。第三，施工工程包。此工程包在應(yīng)用中主要針對(duì)的問(wèn)題為工程施工中存在的整體布置問(wèn)題，能夠提供曲面、地質(zhì)設(shè)計(jì)的布爾運(yùn)算功能，對(duì)水利工程的建筑物進(jìn)行全面設(shè)計(jì)，并對(duì)其相互之間存在的影響關(guān)系充分考量。第四，知識(shí)工程包。此工程包的主要應(yīng)用價(jià)值為對(duì)模板化的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行全面科學(xué)的解決，而且能夠應(yīng)用重用特征設(shè)計(jì)功能。在CATIA中加入部分設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及規(guī)則制度，為后續(xù)設(shè)計(jì)提供幫助。從而進(jìn)一步將工程設(shè)計(jì)的盲目抓瞎化成功轉(zhuǎn)化為規(guī)范科學(xué)化。與此同時(shí)，還可將整個(gè)工程設(shè)計(jì)的速度進(jìn)一步提升。

2.1.2CATIA的水利工程設(shè)計(jì)（1）零部件設(shè)計(jì)。水工的零部件設(shè)計(jì)主要是指對(duì)工程內(nèi)部的各部分進(jìn)行實(shí)體型的造型設(shè)計(jì)，主要分為三步。第一步，對(duì)工程模板進(jìn)行初稿繪制，在對(duì)工程設(shè)計(jì)要求充分全面分析的基礎(chǔ)上對(duì)各個(gè)部分模板進(jìn)行二維圖的繪制。第二，運(yùn)用軟件中已具備的零件設(shè)計(jì)模塊對(duì)各個(gè)工廠模塊進(jìn)行造型。與此同時(shí)依照零件外形之間存在的拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)一步明確其相應(yīng)的特征，完成模型制作。第三，依照水工設(shè)計(jì)要求對(duì)模塊自身的輔助特征進(jìn)行科學(xué)合理的加工操作，進(jìn)而完成相應(yīng)的造型工作。（2）裝配設(shè)計(jì)。裝配設(shè)計(jì)同樣也是分為三大步。第一，將工程設(shè)計(jì)中所需運(yùn)用的零件進(jìn)行模塊導(dǎo)入。在整個(gè)導(dǎo)入過(guò)程中，可以運(yùn)用相關(guān)的對(duì)稱(chēng)工具完成對(duì)零件的復(fù)制工作，以此加強(qiáng)零件模型的導(dǎo)入速度。第二，在對(duì)裝配關(guān)系充分掌握明確的基礎(chǔ)上對(duì)工程設(shè)計(jì)中的零部件進(jìn)行一定程度上的約束，如角度、間距、同軸等。此工作進(jìn)行中需對(duì)各零部件的具體位置認(rèn)真校對(duì)檢查，以此確保其約束具有極強(qiáng)的準(zhǔn)確性。第三，對(duì)零部件存在的組裝缺陷問(wèn)題進(jìn)行認(rèn)真檢驗(yàn)，確認(rèn)零件裝配中是否存在不必要的沖突性問(wèn)題。如發(fā)現(xiàn)沖突問(wèn)題，則應(yīng)及時(shí)對(duì)其進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，對(duì)工程設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)進(jìn)行補(bǔ)缺完善。

2.2ANSYS為基礎(chǔ)的三維有限元應(yīng)用

在水工設(shè)計(jì)中應(yīng)用ANSYS具有極為重要的意義，其應(yīng)用價(jià)值極為優(yōu)良。而且ANSYS得應(yīng)用發(fā)展具有與時(shí)俱進(jìn)性，能夠隨著時(shí)代科技的逐步發(fā)展而發(fā)生變化發(fā)展，進(jìn)一步提升整個(gè)水工設(shè)計(jì)整體效率及質(zhì)量，幫助工程企業(yè)獲取到最大化的合理經(jīng)濟(jì)收入，其應(yīng)用發(fā)展?jié)摿O大。此設(shè)計(jì)方式的應(yīng)用步驟為：將小特征層上存在的面、線關(guān)鍵點(diǎn)一一去除，之后再尋找出具有此特性的相關(guān)邊界線，促使其成為一整條線，形成一個(gè)較大面積的曲面。運(yùn)用相關(guān)工具自身所具備的打斷功能進(jìn)行與曲面相連線的制作。運(yùn)用制圖工具將所有的線進(jìn)行結(jié)合，進(jìn)而形成一個(gè)較小面積的曲面。此種類(lèi)型的圖形制作能夠促使各個(gè)面之間都存在所需的公共線及點(diǎn)[3]。完成模型導(dǎo)入操作后，其所顯示出的圖形影響較為模糊，在相關(guān)制作工具中完成實(shí)體命令的輸入后，便可看到細(xì)致化的工程設(shè)計(jì)模型。在ANSYS中導(dǎo)入零件設(shè)計(jì)模型，對(duì)其進(jìn)行合理的調(diào)整修改及網(wǎng)格剖分，便完成了大致的三維建模設(shè)計(jì)。

2.3三維設(shè)計(jì)方法在水工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

實(shí)例某個(gè)水電站其自身的進(jìn)水口組成部分為進(jìn)水引渠及塔。進(jìn)水塔所采用的取水方式為雙層取水，長(zhǎng)寬值分別為226m及31.48m。塔頂高度值為821.8m，建基面的高度值為735.2m。此水工所在地域的地基巖體主要為微風(fēng)化的花崗巖、沉積角礫巖，具有較為良好的完整性。相關(guān)設(shè)計(jì)人員對(duì)此工程運(yùn)用CATIA三維技術(shù)進(jìn)行了零件及裝配設(shè)計(jì)。與此同時(shí)還運(yùn)用其內(nèi)部所具備的模塊幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行了載荷的添加及約束操作。如此一來(lái)，便能夠幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行有限元初步分析，對(duì)整個(gè)工程設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證。另外，工程設(shè)計(jì)人員運(yùn)用三維設(shè)計(jì)技術(shù)ANSYS進(jìn)行了設(shè)計(jì)模型的數(shù)據(jù)調(diào)整修正。最終獲取到了極為科學(xué)合理的水利工程設(shè)計(jì)建模，為其實(shí)際設(shè)計(jì)提供了參考幫助。

3.結(jié)語(yǔ)

在水利水電工程設(shè)計(jì)中，為了獲取到較為優(yōu)良的設(shè)計(jì)成效，相關(guān)設(shè)計(jì)人員頭腦中出現(xiàn)的多為三維建模。大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，運(yùn)用三維設(shè)計(jì)方式能夠幫助理順?biāo)ぴO(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思路，將設(shè)計(jì)形象較為充分細(xì)致的展現(xiàn)于設(shè)計(jì)圖之上，在提升整體設(shè)計(jì)效率的同時(shí)，將具體的設(shè)計(jì)形狀具體全面的展現(xiàn)出來(lái)，為工程數(shù)據(jù)的計(jì)算提供幫助。在實(shí)際水工設(shè)計(jì)中進(jìn)行三維技術(shù)的應(yīng)用，能夠科學(xué)提升整個(gè)工程的施工質(zhì)量，盡可能地將資金投入合理化的降到最低，對(duì)設(shè)計(jì)成果充分利用。不難預(yù)見(jiàn)的是，三維設(shè)計(jì)方式在其今后的發(fā)展中會(huì)更為廣泛的應(yīng)用于水利水電工程設(shè)計(jì)，為整個(gè)社會(huì)的建設(shè)發(fā)展提供助力。

作者：龔剛 鄧榮歡 張憲林 單位：中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司