1.2.3. Цель разработки

Наиболее важное свойство SolidWorks состоит в том, что эта программа является инструментом конструктора., обладающая возможностью возврата на более ранние этапы процесса проектирования и внесения изменений путем редактирования эскиза или замены значений размеров. Именно эти достоинства выделяют SolidWorks по сравнению с непараметрическими конструкторскими программами.

Цель разработки заключается в изучении поведения модели при изменении значений размеров. Это очень важно для программ параметрического моделирования, поскольку параметрические размеры управляют формой геометрической конструкции.

Замечание. Схему задания размеров можно изменить в любой момент. Пользователь не ограничен конкретным проектом, можно создать проект без размеров или приблизительный чертеж, а размеры задать на более позднем этапе разработки.

Совершенно очевидно, что возможны различные варианты задания размеров. Как же добиться правильного решения при таком многообразии вариантов? Ответ очень прост. При добавлении размеров к эскизу конструктор должен понимать, чем он хотел управлять, при этом, не беспокоясь, что выбрано неверное решение. В любой момент можно вернуться назад и добавить, удалить или изменить размеры.

1.3. Основные типы систем геометрического моделирования

Системы геометрического моделирования делятся на:

• Каркасные;

• Поверхностные;

• Твердотельные;

Рассмотрим более подробно суть указанных выше систем геометрического моделирования.

1.3.1. Каркасное моделирование

В системах каркасного моделирования форма представляется в виде набора характеризующих ее линий и конечных точек. Линии и точки используются для представления трехмерных объектов на экране, а изменение формы осуществляется путем изменения положения и размеров отрезков и точек. Другими словами, визуальная модель представляет собой каркасный чертеж формы, а соответствующее математическое описание представляет собой набор уравнений кривых, координат точек и сведений о связности кривых и точек. Сведения о связности описывают принадлежность точек к конкретным кривым, а также пересечение кривых друг с другом.

Основные недостатки каркасного моделирования.

1. Визуальная модель, состоящая из одних только линий, может быть неоднозначной.

2. Соответствующее математическое описание не содержит сведений о внутренних и внешних поверхностях моделируемого объекта, без которых нельзя рассчитать массу объекта, определить траектории перемещения инструмента при обработке объекта или создать сетку для конечноэлементного анализа, несмотря на то, что объект кажется трехмерным.

1.3.2. Поверхностное моделирование

Современные пакеты поверхностного моделирования предназначены для создания таких объектов, как:

• Сложные поверхности деталей внешнего вида (например, самолет автомобиль и т.д.);

• изделия, изготовляемые штамповкой, и оформляющих элементов прессформ и штампов;

• изделий изготовляемых литьем, и их литьевых форм.

Использование пакетов поверхностного моделирования изделий позволяет:

• достоверно представить изделия сколь угодно сложной формы;

• точно рассчитать инерционно-массовые характеристики проектируемых изделий;

• проконтролировать взаимное расположение деталей, их собираемость;

• готовить управляющие программы для станков с ЧПУ.

К основным понятиям поверхностного моделирования относятся:

• топологическая поверхность;

• патч.

Деталь, построенная методами поверхностного моделирования, представляется пустотелой оболочкой – «поверхностью» (surfase), состоящей из большого числа элементарных участков - «патчей» (Patch –лоскут, патч).

Поверхность является одним из типов геометрических моделей наряду с телами и адаптивными формами и представляет собой границу двух полупространств, на которые она делит рабочее пространство.

Математически поверхность - это множество точек, координаты которых удовлетворяют системе уравнений:

Х = х(U,V)

Y = y(U,V)

Z = z(U,V) где U и V параметры.

Особенности построения поверхностей.

1. Замкнутые и незамкнутые поверхности могут участвовать в топологических операциях;

2. геометрические модели поверхностей являются аналитическими и в отличие от тел имеют единственное представление в структуре данных;

3. поверхности не имеют истории создания;

4. точность отображения поверхностей на экране монитора регулируется коэффициентом полигонизации.

Создаваемые поверхности не всегда обязательно сложны, поскольку большинство из них может быть получено из комбинационных плоских, цилиндрических и конических граней, то есть примитивов.

Кроме того, современные программы создания моделей твердого тела позволяют, как создавать, так и соединять поверхности друг с другом. Хотя эта работа полностью скрыта от пользователя, тем не менее, программа позволяет хранить необходимую информацию. Например, она знает, какие стороны каждой поверхности являются внутренними и внешними, хотя, с какой стороны находится твердый материал, информации нет.

В пакетах моделирования обычно представлены два типа поверхностей - базовые (или точные) и свободные, различия которых определяются способом их формообразования.

Замечание. Деление участков поверхности на точные и свободные не означает, что свободные поверхности не могут быть точно изготовлены.

Базовые поверхности строятся на основе генераторов, таких как:

• линейные участки;

• поверхности вращения;

• параллепипед;

• цилиндр;

• сфера;

• призма;

• конус;

• тор.

При свободном формообразовании поверхности применяются:

• поверхности Безье;

• В-spline и др.

Точные участки используются для создания конструктивных элементов на сложных деталях и конструктивных элементов деталей, аналогичных построенным методом твердотельного моделирования.

Свободные участки используются как для формирования видовых деталей (дизайна изделия), так и для построения сложных сопряжений на деталях, где обычные подходы не позволяют получать удовлетворительные результаты.

Преимуществом поверхностного моделирования является то, что:

1. многоэлементные поверхности могут обрабатываться как единые геометрические элементы (топологические поверхности);

2. пересечения и топологические операции выполняются над поверхностью как над единым объектом;

3. поверхности автоматически обрезаются при сопряжении или объединении;

4. одну поверхность можно объединять с другими многоэлементными поверхностями.

С точки зрения пользователя, нет необходимости знать какие математические методы используются в программе для расчетов, в чем собственно и заключается огромное достоинство такого подхода. Программа может обрабатывать все граничные поверхности, составляющие модель, и следить за их изменениями, чтобы из них можно было построить модель на экране.

Над поверхностями могут выполняться сопряжения и топологические операции:

• Сложение;

• Вычитание;

• Выделение части.

Замечание 1. При выполнении топологических операций над поверхностями результат может отличаться от результата аналогичных операций над телами.

Замечание 2. Поверхности можно преобразовать в тела или в адаптивные элементы.

Замечание 3. Поверхности могут быть проанализированы на топологию (контроль дефектов), при этом могут быть точно рассчитаны их геометрические и инерционно массовые характеристики такие как:

• Объем;

• Масса;

• Момент инерции;

• площадь поверхности и др.