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基于CATIA平台的铁道车辆车轴参数化CAD系统研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 论文选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 参数化CAD技术的研究现状

1.2.2 三维CAD软件的二次开发技术

1.2.3 车轴强度研究现状

1.3 本文研究主要内容和工作

第2章 CATIA二次开发原理及系统开发方案选择

2.1 CATIA二次开发方式介绍

2.1.1 宏录制

2.1.2 CATIA V5 Automation技术

2.1.3 CATIA CAA V5技术

2.2 二次开发方案比较与选择

2.2.1 二次开发方案的比较

2.2.2 开发方案选择及部署

2.3 本章小结

第3章 参数化设计技术

3.1 传统参数化设计方法

3.2 变结构体参数化设计方法

3.2.1 模板库创建

3.2.2 模板库调用及尺寸驱动

3.2.3 组合设计

3.3 本章小结

第4章 基于OpenGL的云图可视化技术

4.1 OpenGL技术概述

4.1.1 OpenGL组成与体系结构

4.1.2 OpenGL图形绘制原理

4.2 科学计算可视化实现原理

4.2.1 网格数据模型

4.2.2 网格模型数据场可视化程序结构

4.3 云图可视化

4.3.1 多边形着色法

4.3.2 光照模型

4.4 本系统云图可视化流程

4.5 本章小结

第5章 参数化CAD系统设计

5.1 系统总体框架

5.2 车轴前处理模块

5.2.1 车轴实体模型创建

5.2.2 车轴有限元模型

5.2.3 车轴受力模型创建

5.3 车轴求解计算模块

5.3.1 车轴载荷添加与计算

5.3.2 车轴求解参数指定

5.3.3 车轴计算

5.4 后处理模块

5.4.1 弯矩图及危险截面结果显示

5.4.2 云图显示

5.5 本章小结

第6章 车轴设计计算实例

6.1 质量载荷工况

6.1.1 标准中规定算法

6.1.2 系统计算结果

6.2 基础制动工况

6.2.1 EN标准中的规定算法

6.2.2 系统计算结果

6.3 驱动工况

6.4 再生制动工况

6.5 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表的论文及科研成果

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摘要

随着铁路运输事业高速化发展和信息技术的日新月异,用户对提高产品设计质量和效率的要求越来越高。目前市场上主流的三维CAD软件都具有行业通用性,但是所有的客户需求都具有个性化,因此,进行三维设计软件二次开发,实现专业设计的需求具有重要意义。铁道车辆车轴作为铁道车辆转向架关键零部件之一,由于其结构相对于其他零部件结构标准化程度高,对其进行参数化设计系统开发,实现车轴设计和强度计算集成具有重要的工程实践意义。
  系统介绍基于CATIA V5平台二次开发的主要方式和基本原理,利用CATIA V5CAA二次开发技术开发车轴参数化设计系统,将灵活性高于传统参数化设计的变结构体参数化设计方法引入CATIA V5平台,设计出与CATIA界面深度贴合的铁道车辆车轴参数化设计和强度分析操作界面,系统具有更新、扩充和维护车轴模板库的功能。
  采用CATIA高级仿真模块的网格自动生成技术,对车轴实体表面用四边形网格进行离散化处理,生成车轴离散模型,方便对车轴进行力矩及节点应力和安全系数的求解;利用CATIA三维建模功能抽象出车轴受力分析模型,创建车轴载荷加载界面,实现车轴载荷加载过程的可视化。在CATIA中自定义载荷属性并以箭头表示,能够实现车轴载荷类型、位置、方向和大小可视化指定,并可针对不同工况以车轴受力模型为基础进行加载和输出,并根据力学原理进行车轴载荷求解。
  以二次开发技术为基础,实现了车轴求解参数如应力集中系数、许用应力、过盈配合区域、危险截面的可视化指定;根据EN13103和EN13104标准中规定的车轴应力分析方法进行强度校核计算,实现车轴力矩、节点应力及安全系数的求解计算。
  本文研究利用OpenGL进行云图可视化的基本原理,以C++和OpenGL图形处理接口开发车轴应力和安全系数云图可视化系统,调用EXCEL中的线图处理技术,实现车轴弯矩图以及危险截面计算结果的线图显示。
  铁道车辆车轴参数化CAD系统实现了车轴CAD设计和强度分析的集成,验证了在CATIA V5平台进行铁道车辆相关零部件二次开发专业化定制的可行性,具有一定的工程实践意义。

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