在Inventor中實(shí)現(xiàn)變形體的模擬

1、在Inventor中實(shí)現(xiàn)變形體的模擬         Inventor是目前使用較為廣泛的三維CAD軟件，它具有強(qiáng)大的產(chǎn)品造型和裝配功能，同時(shí)，通過(guò)裝配約束進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬，使設(shè)計(jì)人員能夠很直觀地看到設(shè)備的運(yùn)動(dòng)情況，給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)了極大地方便。但是，通過(guò)裝配約束所能實(shí)現(xiàn)的都是機(jī)構(gòu)的剛體運(yùn)動(dòng)，而不能模擬物體的變形情況，在實(shí)際工作中，往往需要觀看一些物體的變形情況(如軋制過(guò)程中鋼坯的變形、擠壓成型等)。本文就這一問(wèn)題，提出了一種解決途徑，下面通過(guò)一個(gè)軋制過(guò)程中鋼坯變形的示例(軋制模型如圖1所示)，敘述了如何實(shí)現(xiàn)這一目的方法。

2、0;   1、變形體模型的建立    由于Inventor中的運(yùn)動(dòng)模擬均是通過(guò)約束驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，而約束又是建立在設(shè)備中各零部件的之間的裝配關(guān)系，所以驅(qū)動(dòng)的結(jié)果只能是零部件的剛體運(yùn)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)物體的變形，我們采用了多零件重合運(yùn)動(dòng)的方法，其原理是：將物體的原形及變形過(guò)程中的各變形體分別建模，然后將其重疊為一體(當(dāng)然，應(yīng)關(guān)閉輪廓顯示)，利用Inventor提供的函數(shù)，分別設(shè)置重疊體中各變形體的運(yùn)動(dòng)軌跡以實(shí)現(xiàn)變形的模擬。    本例中，鋼坯通過(guò)軋輥后的變形是由厚變薄，并且鋼坯在厚度方向上的變形是上下對(duì)稱的，根據(jù)軋制速度及鋼坯

3、咬入情況，我們將鋼坯分成多個(gè)變形體(如圖2所示)，從圖中看到，經(jīng)過(guò)第9個(gè)變形體后，鋼坯的咬入過(guò)程就已完成，所以，我們通過(guò)前9個(gè)變形體的運(yùn)動(dòng)分析，就可以了解實(shí)現(xiàn)變形模擬的過(guò)程，因?yàn)殇撆鞯淖冃问巧舷聦?duì)稱的，所以在合成鋼坯中，每個(gè)變形體為兩塊(上下各一塊) ，前9個(gè)變形體重疊后如圖3所示。第10個(gè)及以后的變形體的重疊方法以此類推。    2、約束的設(shè)定    在整個(gè)變形過(guò)程中，我們以變形后的鋼坯模型為基體，各變形體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中分時(shí)段與基體重合，就可達(dá)到變形的效果。因此，各變形體的位置約束均以基體為基準(zhǔn)，同時(shí)，在軋制過(guò)程中，基體也在移動(dòng)，故我

4、們建立了一個(gè)固定的虛擬體(可設(shè)為不可見(jiàn)體)作為鋼坯運(yùn)動(dòng)的參照(如圖5所示)，軋輥的轉(zhuǎn)動(dòng)速度及基變形體的移動(dòng)秩序均可以通過(guò)基體的移動(dòng)來(lái)確定。    在本例中，設(shè)鋼坯變形前的厚度為h0，變形后為h1，在施加約束時(shí)，變形體與基體的側(cè)面和端面應(yīng)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19在咬入軋輥后，約束變量s依次由s0變?yōu)閟1，這樣就實(shí)現(xiàn)了鋼坯由厚到薄的變形過(guò)程。取基體與虛擬體的距離L為驅(qū)動(dòng)約束，L的長(zhǎng)度為L(zhǎng)0Lmax，Lmax是鋼坯從開(kāi)始軋制到軋制完成后基體的總

5、行程。軋輥的轉(zhuǎn)速可通過(guò)L換算，各變形體及軋輥的約束關(guān)系如下：    (1)鋼坯厚度控制距離：    x1=s0 (1- p1)    x2= s0 (1-p 2)    x3= s0 (1- p 3)    x4= s0 (1- p 4)        x9= s0 (1- p 9)        式中：x1、x2、x3、x4.

6、x9_變形體19在厚度方向上的平齊約束距離s；             p1、p2、p3、p4.p9_x1x9的控制變量；    (2)軋輥旋轉(zhuǎn)角度：    A= ( L/R ) * 1 deg / 1 mm     式中：A_軋輥轉(zhuǎn)角(度)              

7、       L_鋼坯移動(dòng)距離(驅(qū)動(dòng)變量)；               R_軋輥半徑，式中* 1 deg / 1 mm的目的是將弧度轉(zhuǎn)換為度；    (3)控制變量：    p1=sign(L - L0)    p2=sign(L - L0 - dlt)    p3=sign(

8、L - L0 2*dlt)    p4=sign(L - L0 - 3*dlt)        P9=sign(L - L0 - 8*dlt)         式中：L0_第一塊變形體咬入軋輥時(shí)基體的移動(dòng)距離；                    

9、  dlt_相鄰變形體的變形部分在機(jī)體移動(dòng)方向上的差值，因?yàn)楸纠械幕w是等速移動(dòng)的，故各變形體之間的dlt值相等。    函數(shù)sign(expr)是Inventor的內(nèi)部函數(shù)，當(dāng)expr<=0時(shí)返回0，expr>0時(shí)返回1；    通過(guò)以上實(shí)例，本文簡(jiǎn)單描述了Inventor中變形體演示的實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)變形并不僅限于此種方法，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(lái)與我們共同交流。    編者按：上述方法在Inventor10.0以前的版本中可以實(shí)現(xiàn)一些難度較大的動(dòng)畫(huà)。在Inventor10.0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(guò)Inventor Studio實(shí)現(xiàn)。     具體方法