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CATIA基础

CATIA参数化建模理念

光阴>2019-05-20 00:02:36   作者:   来源:   阅读:1028   评论:0

1.CATIA参数化建模思绪

1.1.逆向建模

    现阶段咱咱咱们是利用大坝的CAD二维图来画三维图,也便是说先有二维图,后有三维图;基于CATIA的逆向建模是先建模,再出二维图。

1.2.骨架设计

    在传统的三维设计包含两种设计情势:

①自下而上的设计办法是在设计初期将各个模子树立,在设计后期将各模子按照模子的相对地位相干组装起来,自下向上设计更多应用于机械行的范件设计组装。

②自上而下设计的设计理念为先全体计划,后细化设计。

大坝骨架设计承了自上而下的设计理念,在大坝三维设计过程中,为了定义各修建物相对地位相干,骨架包含全体工程的关键定位,布置基准,定义各个修建物间相干的重要尺寸,自上向下的传递设计数据,应用这种技术就可加倍有目标,尺度地停止后续的工程设计。

1.3.参数化模板设计

一、参数化设计基本原理

    参数化设计基本原理:树立一组参数与一组图形或多组图形之间的对应相干,给出分歧的参数,即可获得分歧的布局图形。参数化设计的优点是对设计职员的初始设计请求低,无需精确绘图,只需勾绘草图,然后可颠末过程适当的束缚获得所需精确图形,便于编辑、修改,能称心反复设计的必要。

① 参数(Parameter)是作为特征定义的 CATIA文档的一种特性。参数有值,可以或许或许用相干式(Relation)束缚。

② 相干式(relation)是智能特征的一样平常称谓,包含:公式(formulas)、规矩( rules)、检查(checks)和设计表(design tables)。

③ 公式(formulas)是用来定义一个参数如何由其余参数计算出的。

④ 零件设计表:设计表是 Excel或文本表格,有一组参数。表格中的每列定义详细参数的一个可能的值。每行定义这组参数可能的设置设备摆设。零件设计表是创建系列产品系列的最佳办法,可以或许或许用来节制系列产品的尺寸值和特征的激活状况,表格中的单位格通常采纳模范情势,用户可以或许或许随时停止修改。

⑤ 设置设备摆设(Configuration)是设计表中相干的参数组的一组值。

⑥ 超等副本(PowerCopy):超等副本是一组颠末分组以用于分歧高低文的特征(几何元素、公式、束缚等),它供给了在粘贴时根据高低文从新指定特征的能力。超等副本可捕获设计者的设计用意和知识技能,因此可以或许或许提高重用性和效力。

⑦ 用户特征(UDF):在常规设计工作中,经常会有类似相同的设计,只是设计所用数据不一样;对付这种环境,可以或许或许用数据表节制数据源,在必要某数据时,指定相应数据;将以上重用数据表设计过程封装成 UDF,并发布相应数据,到达重用设计的效果。

二、参数化模板设计重要技术特征

   参数化模板设计重要技术特征是:基于特征、全尺寸束缚、尺寸驱动设计修改、全数据相干。 

① 基于特征:将某些具有代表性的平面几何定义为特征,并将其统统尺寸存为可调参数,进而构成实体,以此为基础停止加倍复杂的几何形体的构造。 

② 全尺寸束缚:将形状和尺寸结合起来考虑,颠末过程束缚来实现对几何形状的节制。造型必需以完备的尺寸参数为动身点(全束缚),不能漏注尺寸(欠束缚),不能多注尺寸(过束缚)。 

③ 尺寸驱动设计修改:颠末过程编辑尺寸数值来驱动几何形状的改变。

④ 全数据相干:尺寸参数的修改导致其它相干模块的相干尺寸得以更新。

大坝各剖面的草图都可以或许或许用参数和公式表达进去,公式中包含参数,将公式与草图边线的束缚相干联,到达参数颠末过程公式驱动图形的偏向。

    咱咱咱们将建好的大坝各部件的三维图保留为模板,模板是CATIA V5知识工程的一个功效。知识工程是将一些诸如经验公式、阐发算法、优化计算、条件节制等智能知识打包到一个盒子中,只留出几个条件输入参数接口。设计职员在停止设计时,不必要关怀盒子中到子心男┠谌,而只必要知道偏向模子所属的范例及确定偏向模子详细细节的关键几个输入参数即可。调用模子时,颠末过程输入参数,调用打包在模子内部的一系列计算公式及判断条件,主动停止一系列的内部运算与调剂,疾速天生相符用户设想的几何模子。

1.4.装配设计

    装配设计(Assembly Design)即产品的高效办理和装配,它供给了在装配环境下可由用户节制关联相干的设计能力,颠末过程应用自上向下和自底向上的办法办理装配层次,可真正实现装配设计和单个零件设计之间的并行工程。装配设计颠末过程应用图形化的命令树立机械设计束缚,可以或许或许直观便利的将零件放到指定地位。

1.5.二维图制作

    CATIA的二维工程图是由三维模子向各偏向的投影视图和相干辅助视图构成的。其最大优势在于二维图能与三维设计模子相干联,即三维模子发生更改,二维图可即时更新,不必像其余CAD软件必要再从新绘制二维图。

2.重力坝参数化建模

2.1.CATIA选项设置

    确认“知识选项卡(“对象” >“选项” >“常规” >“参数和测量”)中的“带值”和“带公式” 复选框。如图1 。

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图 1

   确认“显示”选项卡(“对象” >“选项” >“零件基础布局” >“显示”)中的“内部参考”、“束缚”、“束缚”、“参数”、“相干”复选框。如图2所示

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图 2

2.2.参数和相干树立

① 树立参数:点击“知识工程”对象老喔赡“f(x)”命令会出现图3,抉择参数的范例,比如:“长度”,再点击“新范例参数”新建一个长度参数,并赋值。

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图 3

② 树立相干:相干是参数与图形衔接的桥梁,参数颠末过程相干关联图形,以此来驱动图形。最常用的相干是公式,如图用上文树立的参数“长”颠末过程公式来关联一条直线的长度。先在XY平面新建一个草图,画一条直线,用“束缚”对象栏中的“束缚”命令停止标注,如图4,,选定尺寸标注单击右键,在“长度对象”下拉找到“编辑公式”命令,如图5,单击后会弹出一个对话框,双击“’长’”即可将直线的长度与参数“长”关联,如许直线的长度将会等于参数“长”的值,如图6。

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图 4                                       图 5

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图 6

2.3.骨架设计

    重力坝的骨架可由“左(右)坝肩A(B)两点”、“衔接A、B两点的坝轴线和垂直于坝轴线”和“过A点的0+000.00桩地点的平面”这三部分构成。将这三部分作为骨架发布出去,以此作为全体工程的关键定位和布置根据。在CATIA环境下,如果设计变更牵扯到坝轴线地位的调剂,无需从新定位节制点A、B,只需更改节制点A、B的坐标,或许间接移动坝轴线,就能实现对坝轴线的调剂,实现设计变更,如图7。

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图 7

2.4.重力坝布局划分

   实际中的重力坝是一个非常复杂的体型,如果不停止划分,一方面表示不出挡水坝、溢流坝和内部廊道等布局互相自力的特征。另外一方面参数繁多,难以确定,表示不出参数化的特色和优势,所以在重力坝模子对象的设计中,首先要考虑如何把复杂的重力坝停止正本地拆分,使之构成多个简略的模子对象的组合。当把重力坝完全形象为若干个对象的丛聚时,咱咱咱们也就实现为了对重力坝实体对象的划分。 

重力坝可简略的分为:挡水坝段和溢流坝段两部分,当然也包含廊道、排水管和帷幕等部件。

2.4.1.挡水坝段

① 树立参数:

    重力坝挡水坝段的特征参数有“坝段起始桩号”、“坝段长度”、“坝顶宽度”、“坝顶高程”、“下流折坡高程”、“下流坡比”、“下流折坡高程”、“下流坡比”、“坝底高程”,用“f(x)”命令树立这些参数并赋值。

② 绘制草图:

    以“过A点的0+000.00桩地点的平面”为基准平面,偏移一个平面,偏移长度为参数“坝段起始桩号”,在这个新平面上绘制出挡水坝段的典型剖面,并将上述参数与剖面停止关联,从而获得参数化的挡水坝段剖面,如图8。

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图 8

    草图中的V和H坐标轴是尺寸束缚的参照基准,只要草图中的图像相对付V、H轴的统统地位相干都确定后,该图形能力完全束缚(无过束缚也不欠束缚)。

    “过束缚”是指一个元素被多个同一尺寸标注,此时过束缚的元素会显示“紫色”;“欠束缚”是是指一个元素未被尺寸标注,此时欠束缚的元素会显示“白色”,如图9。

    图形完全束缚后,其尺寸和地位相干能力协同变更,体系会间接将尺寸束缚转化为体系参数。草图修改可颠末过程编辑体系参数间接驱动几何形状的改变,为三维参数驱动供给基础。

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图 9

    剖面草图绘制实现后,将草图停止“凸台”获得一个坝段,凸台的长度用公式关联到参数“坝段长度”,如图10。如今可以或许或许颠末过程更改那些特征参数即可驱动挡水坝段的图形。如将参数“坝段长度”的值改成50mm(本次设计中比例为1:1000),更改参数后的图形如图11。

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图 10                                  图 11

2.4.2.溢流坝段

    重力坝溢流坝段剖面图形由顶部曲线段、中央直线段和反弧段三部分构成。

    溢流坝与挡水坝相比较,有其自己的布局特色,它的草图布局要比挡水坝复杂了很多。挡水坝典型剖面相对简略,可以或许或许利用草图工作台供给的绘图命令间接实现典型剖面草图的绘制。而溢流坝则制,它的典型剖面中包含下流反弧段和堰顶下流堰面曲线—WES幂曲线等复杂的曲线,分外是WES幂曲线是不能颠末过程草图工作台供给的绘图命令间接绘制的。为包管WES幂曲线精准性,可以或许或许颠末过程CATIA中规矩曲线停止绘制。

WES曲线绘制

    对WES幂曲线方程停止阐发。WES幂曲线方程的表达式为:CATIA参数化建模理念。x,y表示草图中曲线的横纵坐标,而曲线的形状有参数k,n和CATIA参数化建模理念来节制。在这里设置三个用户参数:“CATIA参数化建模理念堰面曲线定型水头”、“WES曲线系数:k”和“WES系数n”分离代表系数:k,n和CATIA参数化建模理念。以后颠末过程修改这三个用户参数,来实现对WES曲线形状的节制。

    新建“k”、“n”、“CATIA参数化建模理念”和“参考线长度”参数,在要绘制WES曲线的平面上,绘制一条程度参考线,长度颠末过程公式关联参数“参考线长度”;用“fog”命令新建一个WES曲线规矩,规矩中编辑如下公式,y=-1*(1/k)` *'Hd'**(1-n)*(参考线长度` /1mm*x)**`n` ,如图12。

公式中有两点必要注意:在CATIA中要输入CATIA参数化建模理念,则要输成CATIA参数化建模理念;自变量x的范例必需为实数,且CATIA中规定x的规模是从0到1变更,所以要画WES曲线,必需在x前面乘以一个系数,即参数“参考线的长度”。

    fog规矩树立实现后,将CATIA工作界面切换到“形状的创成外形设计”中,选用“线框”对象栏中的“平行曲线定义”命令绘制WES曲线,如图13,对话框中的“曲线”抉择“参考直线”,支撑面抉择WES曲线地点平面,常量这一栏单击“法则曲线”按钮,弹出法则曲线定义对话框,抉择法则曲线范例为“高级”,法则曲线元素抉择新建的fog规矩,绘制的WES曲线,如图14。溢流坝剖面的其它曲线可按照绘制挡水坝剖面曲线的办法逐一绘制,对绘制的溢流坝剖面草图停止“凸台”(办法见挡水坝段),获得实体溢流坝段,如图15。

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图 12

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图 13                                       图 14

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图 15

2.5.模板设计

    在上文中基于重力坝的挡水坝段和溢流坝段各自的特征参数树立了相干模子,而且可以或许或许颠末过程更改特征参数实现图形的变换。当设计其它重力坝时,想要调用这两个图形,则必要用到模板设计。将这两个图形保留为模板,内部调用时,只必要在CATIA模板库中调用就行。下面介绍重力坝挡水坝段的模板设计,溢流坝段的模板设计可参照挡水坝段的模板设计。

    挡水坝段的模板设计有三种途径可以或许或许做到,分离为“超等副本”、“用户特征”和“文的板”。

①超等副本

    打开上文树立的重力坝挡水坝段的CATIA文件,将工作界面切换到“产品知识模板(PKT: Product Knowledge Template)”,详细操纵是点击“开端”>“知识工程模块”>“Product Knowledge Template”。进入产品知识模板界面后,点击“创建超等副本”命令,会出现一个对话框,对话框中有几个选项卡。“定义”选项卡中有“选定部件”和“部件输入”,两者是因果相干,部件输入为因,选定部件为果,选定部件是咱咱咱们要选中作为模板的元素,可以或许间接在树上选中,部件输入是绘制模板图形的骨架元素,也便是基准元素,包含基准点、基准平面和基准直线。如图16,“参数”选项卡中显示了绘制模板所用的统统尺寸参数 ,在这里咱咱咱们可以或许将特征参数发布出去,作为可更改的参数 ,如图17。各选项卡设置实现后,点击确定,在树上便会增长一个超等副本。

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图 16                                   图 17

② 用户特征

    用户特征的应用办法与超等副原形同,如图18

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图 18

③ 文档模板

    点击“创建文的0”命令,会弹出一个对话框,对话框的“文档”选项卡中默认选中以后的CATIA文件,如图19,“输入”选项卡也可以或许或许选中骨架元素,如图20,“已发布的参数”选项卡是可以或许或许抉择必要更改的特征参数,点击“编辑列表”命令,会弹出一个对话框,选中左边“要发布的参数”,将它移到右边“已发布的参数”中,如图21。

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图 19

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图 20

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图 21

2.6.重力坝装配设计

    重力坝的各部件保留为模板后,在先前设计的骨架下逐一调用各个部件模板停止装配。本文以挡水坝段和溢流坝段装配为例。

①骨架元素树立

    在CATIA中新建一个“Product”文件,在“装配设计”工作界面下,新建一个零件,并定名为“骨架元素”,在零件“骨架元素”中树立四个元素,即左(右)坝肩A(B)两点”、“衔接A、B两点的坝轴线和垂直于坝轴线”和“过A点的0+000.00桩地点的平面,将左(右)坝肩A(B)两点和过A点的0+000.00桩地点的平面(始0+000.00)发布出去,如图22。

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图 22

②挡水坝段和溢流坝段装配

    坝段装配设计时必要调用上文中保留的部件模板,天生部件模板时有三种办法(超等副本、用户特征和文模板),所以在调用模板时有相对应的三种办法。下面以超等副本的利用为例。

    在装配设计文件中,将CATIA工作界面设为知识工程中的“Product Knowledge Template”,单击“从文档实例化”命令,会弹出一个“抉择文件”对话框,在此咱咱咱们选中上文树立的挡水坝段的模板,如图23,单击打开按钮,可弹出“插入对象”对话框。对话框中的“参考”是指树立的“挡水坝段”超等副本模板,“输入”是超等副本模板中的骨架元素,“选定”是与超等副本模板中骨架元素相对应的大坝骨架元素。“参数”是挡水坝段的可修改的特征参数,如图24。选定骨架元素和更改参数后,单击“确定”按钮,即可获得大坝挡水坝段。按照同样办法可天生大坝的其它坝段,如图25。

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图 23                                  图 24

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图 25

③ 超等副本、用户特征和文的0迦者的异同点

    超等副本: 能在一个product里的part里(product,part都可以或许或许双击选中)树立多个元素,可以或许或许并列也可以或许或许是子父级,且显示的是全体原零件,包含辅助的平面和草图。选定部件(要复制的模板)和输入部件(定位)之间存在因果相干,输入部件是选定部件的画图基准。要更改的参数是和其它参数在一路的。

    用户特征:能在一个product里的part里(product,part都可以或许或许双击选中)树立多个元素,可以或许或许并列部梢曰蛐或许是子父级,且显示的只是效果,没有其它辅助平面或草图。选定部件(要复制的模板)和输入部件(定位)之间存在因果相干,输部件是选定部件的画图基准。要更改的参数是和其它参数在一路的。

    文的0澹褐荒茉趐roduct(双击选中)环境下导入,导入的是单独零件,并列的,不能是子父级的,且显示的是全体原零件,包含辅助的平面和草图。选定部件只能是全体零件,输入部件可以或许或许随便抉择。要更改的参数是和其它参数不在一路,可以或许或许颠末过程参数选项卡来显示“用户参数”或许“重定名参数”。

2.7.二维图制作

    由CATIA三维图可天生多种二维视图,如:正视图、剖面图、剖视图、局部放大图,如今以上文树立的三维体创建正视图和剖面图。

    打开上文树立的三维体文件,进入工程制图界面(“开端”>“机械设计”>“工程制图”),在视图选项卡上单击“正视图”命令,窗口上会有一个“在3D几何图形上抉择参考平面”的提醒,如图26,此时将工作界面切换到三维体界面,抉择正视图投影的面,即可天生正视图,如图27。剖面图是基于正视即唇的,在视图选项卡上单击“偏移截面分割”命令,在必要切的正视图上画一条剖视线,如图28,双击左键可以或许或许结束剖视线的绘制。单击图纸即可天生剖面图,如图29。

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图 26

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图 27                                 图 28

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图 29

3.拱坝参数化建模

    拱坝重要分为双曲拱坝和重力拱坝,以双曲拱坝为例,其重要布局为:基本拱圈体形、闸墩、表孔、中孔、底孔、廊道及其余细部布局。下面详细介绍拱坝基本体形的参数化建模。

3.1.拱圈方程

    基本体型重要以拱圈曲线设计为主,常用的拱圈曲线重要为抛物线方程曲线、对数螺旋线方程曲线等。在CATIA中颠末过程方程曲线树立坝体节制高程得拱圈曲线,再利用多截面拟合的办法天生拱坝基本体形实体实现基本体形设计。

    以抛物线拱圈方程为例,基本体形如图30。

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图 30

抛物线方程如下:

左岸:                                                         右岸:

下流面:                                                     下流面:

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下流面:                                                     下流面:

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式中: Rdi和Rui分离表示下流坝面和下流坝面的拱端曲率半径;

Odi和Oui分离表示下流坝面和下流坝面的拱端曲率中央坐标;

脚标中l和r分离表示左半拱和右半拱。

3.2.新建拱坝基本体型特征参数。

    特征参数重要包含拱圈平面的高程Z、 Ruli、Ouli、Ruri、Ouri、Rdli、Odli、Rdri、Odri、Xuri(下流坝面右拱圈的程度长度)、Xdri、Xuli、Xdli,拱圈行节制参数h。在这里咱咱咱们新建顶层拱圈的相干特征参数,如图31

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图 31

    因为拱用坎愎叭Υ致相同,可定义为一个系列产品,而零件设计表是创建系列产品系列的最佳办法,可以或许或许用来节制系列产品的尺寸值和特征的激活状况,表格中的单位格通常采纳模范情势,用户可以或许或许随时停止修改。上文树立的一组参数只是顶层拱圈的特征参数,在此可以或许或许创建一个EXCEL设计表记载每层拱圈的特征参数。

    创建EXCEL设计表:单击“知识工程”对象老喔赡“设计表命令”,会弹出一个“创打造计表”的对话框,抉择“应用以后的参数值创打造计表”,如图32,单击“确定”按钮,会弹出一个“抉择要插入的参数”对话框,将左边要插入的参数转移到已插入的参数中,如图33,点击确定,会弹出“设计表属性”会话框,如图34,设置设备摆设“选项卡”中有顶层拱圈新建的特征参数,单击“编辑表”,会天生一个EXCEL表,表中输入各层拱圈的特征参数,如图35,保留EXCEL表,在“相干”树上会多一个刚才新建的EXCEL设计表,双击“设计表”可以或许看到设计表中的内容,如图36。

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图 32

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图 33

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图 34

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图 35

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图 36

3.3.绘制拱圈抛物线:

    抛物线绘制办法与重力坝WES曲线绘制办法相同,首先新建相应的fog曲线,如图37,此中x、y的相干式为各抛物线方程,新建参考线,再将CATIA工作界面切换到“形状的创成外形设计”中,选用“线框”对象栏中的“平行曲线定义”命令绘制抛物线曲线,如图38,用同样的办法分离绘制其它三条抛物线曲线,最终天生一个全体拱圈,如图39。点开“相干”树中的“设计表”选项,会有一个设置设备摆设参数,选中单击右键编辑公式,令“设置设备摆设”=参数h,如图40,设置设备摆设的感化是显示分歧高程的拱圈,例如,将660m高程的拱圈定为第1个拱圈,依次定义其它拱圈,此备设置设备摆设的数值可以或许或许显示相应的拱圈,而不必要重复画其它高程的拱圈。

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图 37

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图 38                                     图 39

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图 40

3.4.拱圈模板设计

    在重力坝模板设计中讲述了三种办法(超等副本、用户特征和文档模板)保留模板,在此用“用户特征”命令创建拱圈模板。

    单击“创建用户特征”命令,弹出“定义用户特征”对话框,在“定义”选项卡下的选定部件中选中拱圈统统元素,部件输入中主动为XY平面(画拱圈时以XY平面为基准),如图41,在“参数”选项卡中将参数h发布,如图42,末了单击确定即可天生单个拱圈模板。

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图 41

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图 42

3.5.树立拱坝基本体型

    新建一个CATIA文件,单击“从文档实例化”命令,抉择上文中保留的单个拱圈模板,选中之后会弹出“插入对象”对话框,在“选定”项中选中与“输入”项中相对应的xy平面,在“参数”项中输入参数h(h的规模是从1到大坝典型拱圈数)的值,如图43,同样的办法依次改变参数h的值,最终天生拱坝的统统拱圈,如图44,单击“多截面实体”命令,弹出“多截面实体定义”对话框,依次选中统统的拱圈曲线,在“耦合”选项中,将“截面耦合”设为顶点,如图45,单击确定即可天生拱坝基本体型,如图46。

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图 43

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图 44

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图 45

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图 46


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