Autodesk Inventor 應用案例

非飛520

在Inventor中實現變形體的模擬

四川.德陽第二重型機械集團公司
設計研究院
馮克勇
. x! W, ]8 Q, c: @/ m) P  Z0 Y- `
' V# [8 s  w# c6 F7 O: E, r# H9 Q

: B! l: \) ~0 {Inventor是目前使用較為廣泛的三維CAD軟件，它具有強大的產品造型和裝配功能，同時，通過裝配約束進行運動模擬，使設計人員能夠很直觀地看到設備的運動情況，給設計工作帶來了極大地方便。但是，通過裝配約束所能實現的都是機構的剛體運動，而不能模擬物體的變形情況，在實際工作中，往往需要觀看一些物體的變形情況(如軋制過程中鋼坯的變形、擠壓成型等)。本文就這一問題，提出了一種解決途徑，下面通過一個軋制過程中鋼坯變形的示例(軋制模型如圖1所示)，敘述了如何實現這一目的方法。

1、
變形體模型的建立

& e5 o  p- }7 d2 x- q5 k由于Inventor中的運動模擬均是通過約束驅動實現的，而約束又是建立在設備中各零部件的之間的裝配關系，所以驅動的結果只能是零部件的剛體運動。為了實現物體的變形，我們采用了多及變形過程中的各變形體分別建模，然后將其重疊為一體(當然，應關閉輪廓顯示)，利用Inventor提供的函數，分別設置重疊體中各變形體的運動軌跡以實現變形的模擬。
3 i5 y/ p6 U: {7 L2 e+ r! }9 J$ i  A本例中，鋼坯
, J% S. ^/ s' Y6 f8 i薄，并且鋼坯在厚度方向上的變形是上下對稱的，根據軋制速度及鋼坯咬入情況，我們將鋼坯分成多個變形體(如圖2所示)，從圖中看到，經過第9個變形體后，鋼坯的咬入過程就已完成，所以，我們通過前9個變形體的運動分析，就可以了解實現變形模擬的過程，因為鋼坯的變形是上下對稱的，所以在合成鋼坯中，每個變形體為兩塊(上下各一塊) ，前9個變形體重疊后如圖3所示。第10個及以后的變形體的重疊方法以此類推。 2、
約束的設定
, s! o4 O+ n1 w% u. _9 V
在整個變形過程中
% i/ {+ z, _" |1 o5 X8 }5 d  t
2 X: b8 x( T) A! m，各變形體在運動過程中分時段與基體重合，就可達到變形的效果。因此，各變形體的位置約束均以基體為基準，同時，在軋制過程中，基體也在移動，故我們建立了一個固定的虛擬體(可設為不可見體)作為鋼坯運動的參照(如圖5所示)，軋輥的轉動速度及基變形體的移動秩序均可以通過基體的移動來確定。
; [! {0 a, ?, f' w9 f5 G" S" j在本例
，在施加約束時，變形體與基體的側面和端面應同向平齊，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變為s1，這樣就實現了鋼坯由厚到薄的變形過程。取基體與虛擬體的距離L為驅動約束，L的長度為L0~Lmax，Lmax是鋼坯從開始軋制到軋制完成后基體的總行程。軋輥的轉速可通過L換算，各變形體及軋輥的約束關系如下： (1)鋼坯厚度控制距離：

( Z5 q; m6 \5 ?1 N( l  O

. ~# h, S2 i$ u3 M4 Bx1=s0 (1- p1)
, N, ?1 a4 ]4 ~* J) e: L% zx2= s0 (1-p 2)
; t9 _. C9 D( k/ ?x3= s0 (1- p 3)
x4= s0 (1- p 4)
" u. A- u# Z8 r" Q& `% A  {( h………
x9= s0 (1
0 r# Y- R; p0 v6 Z……
x1、
8 j! I: n8 r3 x! l
p1、p2、p3、p4…..p9…___x1~x9的控制變量；
(2)軋輥旋轉角度：
1 Q5 h3 j  `- H2 }# A- m6 Q' mA= ( L/R ) * 1 de
2 s, D& i; @& ~1 pA____軋輥轉角(度)

5 d# W! C+ P; ?" M' q5 P% cL____鋼坯移動距離(
) V3 j/ n# Y8 @2 ~+ f5 pR____軋輥半徑，式中* 1 deg / 1 m
制變量：
- k, U& E4 p. y6 K) H/ L7 I# Y5 c6 \p1=sign(L -
p2=sign(L - L0 -
p3=sign(L - L0 – 2*dl
8 Y) f1 {/ t6 ~$ Kp4=sign(L - L0 - 3*dlt)
1 p: T% R/ A& d2 u: ~( c" ]……
- X! r: T8 B* \P9=sig
( B' {4 D% f7 e' N" }- ~+ b6 c……
：L0_
% M+ X9 Z3 Z+ D- S" H5 N2 x( o& m: Y
4 n  \3 f! G& e7 g$ V" Qdlt____相鄰變形體的變形部分在機體移動方向上的差
/ ?5 B, W+ w, Y0 B, m移動的，故各變形體之間的dlt值相等。 (expr)是Inventor的內部函數，當expr<=0時返回
5 ~0 a2 \% U/ O' M通過以上實例，本文簡單描述了Inventor中變形體演示的實現，當然，實現變形并
1 e9 [7 t' I8 N( U# ^  u  Z. d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與我們共同交流。
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! F7 k/ E9 j* R: \( }! _0 b編
  `1 B, b: j. J1 Y, M( htor10.0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Inventor Studio實現。
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' S0 `) Z7 y# Q0 _! ?" r
具體方法是：在Inventor的下拉菜單中選擇“應用程序”“Inventor Studio”，然后設定零件的“褪色度”和時間軸的關系。

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另外，有興趣的Inventor愛好者可以嘗試使用Inventor的“自適應”技術來實現零件在不同時間的變形。例如彈簧的壓縮過程