Трехмерное моделирование в AutoCad

Выпускная работа по теме:

Трехмерное моделирование в AutoCAD

Содержание

1. Общие сведения

1.1 Правило правой руки

1.2 Выбор точки зрения в трехмерном пространстве

1.3 Задания точки зрения

1.4 Пространство модели и пространство листа

2. Создание трехмерной модели детали

3. Создание трёхмерной модели секции ГА

3.1 Построение обечаек

3.2 Построение шпангоутов

1. Общие сведения

В геометрическом пространственном моделировании объект можно представить в виде каркасной, полигональной (поверхностной) и объемной (твердотельной) моделей. В данной методической разработке будет рассмотрено объемное (твердотельное) моделирование.

В основу описания объекта объемной моделью положен принцип формирования сложной модели из элементарных объемов (базисных тел) с использованием логических операций объединения, вычитания и пересечения.

1.1 Правило правой руки

В AutoCAD все системы координат строятся по правилу правой руки.

Данный рисунок 1.1 показывает, как, руководствуясь этим правилом, определить направление оси Z. Для этого надо вытянуть большой палец правой руки в положительном направлении оси X, а указательный - в положительном направлении оси Y, после чего согнуть остальные пальцы перпендикулярно ладони: они и укажут положительное направление оси Z.

Рис. 1.1 Определение направления оси Z по правилу правой руки

Правило правой руки используется также для определения положительного направления угла поворота (в предположении, что действует соглашение о направлении измерения углов). Если охватить пальцами правой руки ось вращения, вытянув при этом большой палец в положительном направлении этой оси, то остальные пальцы укажут положительное направление отчета угла поворота (т.е. против часовой стрелки при взгляде сверху). В тех случаях, когда описывается вращение по часовой стрелке, значение угла вводиться со знаком "минус".

1.2 Выбор точки зрения в трехмерном пространстве

"Точка зрения" - это термин, определяющий местоположение наблюдателя (точнее, глаза наблюдателя, рис.1.2.1) относительно видимых или изображаемых объектов. AutoCAD позволяет взглянуть на рисунок из любой точки пространства (даже изнутри изображаемого объекта). Установку точки зрения на текущем видовом экране обеспечивает команда ТЗРЕНИЯ.

Запросы:

Поверни/<Точка зрения><текущая>:

В ответ вводятся координаты требуемой точки зрения в пространстве (координаты x,y,z точки, по умолчанию текущая точка зрения) или ключ Поверни с запросами:

Угол в плоскости XYотносительно оси X<текущий>: Угол с плоскостью XY <текущий>:

В этом случае новая точка зрения определяется с помощью двух углов, один из которых задается в плоскости XY относительно оси X, а другой - относительно оси XY "вверх". При нажатии клавиши <Enter> в ответ на начальный запрос команды ТЗРЕНИЯ на экране появляются компас и тройка осей координат, используя которые с помощью устройства указания (например "mouse") также можно

установить необходимое положение точки зрения.

В команде ТЗРЕНИЯ все точки и углы задаются в МСК. При работе в ПСК во время выполнения команды происходит переключение из ПСК в МСК. Если точку зрения удобнее задавать относительно текущей ПСК, следует установить системную переменную WORLDVIEW в 0.

Варианты выполнения команды ТЗРЕНИЯ можно выбрать из падающего меню Вид, пункт ЗМ тзрения, соответственно пункты Повернуть, Вектор и Тройка осей.

Для установки точки зрения через диалоговое окно используется команда ДИАЛТЗРЕН. Вызывается из падающего меню Вид пункта ЗМ тзрения. (рис.1.2.2)

Рис.1.2.2 Диалоговое окно

1.3 Задания точки зрения

При работе команды ТЗРЕНИЯ примитивы изображаются в параллельной проекции. Для получения динамических трехмерных примитивов предназначена команда ДВИД, в которой используется аналогия с камерой, направленной в сторону цели. Линия между камерой и целью есть линия взгляда или направление взгляда. Вызывается из падающего меню Вид, пункт ЗМ динамический вид.

Запросы:

Выберите объекты:

Камера/Цель/Расстояние/Точки/Пан/Покажи/Вращай/Сечен/Скрой/ОТКл/ОТМени/<выХод>:

Ключи:

Камера - выбирает угол поворота камеры относительно цели;

Цель - вращает цель относительно камеры;

Расстояние - устанавливает расстояние от камеры до цели, включает перспективу;

Точки - задает точки расположения камеры и цели;

ПАн - обеспечивает панорамирование рисунка;

Покажи - обеспечивает изменение масштаба отображения или задания фокусного расстояния;

Вращай - вращает вид вокруг направления взгляда;

СЕчен - устанавливает заднюю и переднюю секущие плоскости;

СКрой - убирает скрытые линии в наборе;

ОТКл - отключает перспективное изображение;

ОТМени - отменяет действие субкоманды ДВИД;

выХод - завершает выполнение команды ДВИД.

1.4 Пространство модели и пространство листа

AutoCAD представляет возможность работать в пространстве модели или в пространстве листа. В пространстве модели создается двухмерная или трехмерная модель разрабатываемого объекта. В пространстве листа формируется чертёж с необходимыми графическими изображениями и надписями. При работе в пространстве листа появляется специальная пиктограмма, (рис.1.3) Для переключения из пространства модели в пространство листа, и наоборот, используется команды МОДЕЛЬ и ЛИСТ, при этом переменная TILEMODE должна быть установлена в 0 (отключена).

Рис.1.3 Пиктограмма пространства

Чтобы система могла переключаться из пространства листа в пространство модели, должен быть включен и активизирован, по крайней мере, один видовой экран (ВЭ). Кроме того, для переключения из пространства листа в пространство модели и обратно, а также для включения/выключения системной переменной TILEMODE, можно использовать соответствующие инструменты в строке или пункты Модель: неперекор ВЭ и Модель: плавающие ВЭ, падающего меню Вид.

Видовой экран в системе AutoCAD - это прямоугольный участок графического экрана, на котором изображается некоторая часть пространства модели рисунка. В зависимости от того, что требуется или что удобнее, можно использовать различные способы создания видовых экранов и манипулировать ими. Для создания новых видовых экранов используется команда СВИД.

Запросы:

Вкл/Откл/Скрой/Впиши/2/3/4/Переведи/<Первая точка >: Ключи:

Первая точка - определяет рамку для визуализации размера видового экрана, для чего указывается первый и противоположный ее углы. Новый видовой экран становиться текущим видовым экраном.

Вкл/Откл - включает выбранные видовые экраны и регенерирует на них изображение объекта. Скрой - удаляет скрытые линии при выводе содержимого видового экрана на плоттер в пространстве листа.

ВПиши - создает видовой экран таких размеров, чтобы заполнить графический экран.

разделяет указанную область на два видовых экрана. По умолчанию принимается вертикальное разделение.

разделяет указанную область на три новых видовых экрана (размеры ВЭ определяются пользователем).

создает четыре одинаковых по размеру видовых экрана путем разделения указанной области пространства листа по горизонтали и вертикали.

Переведи - используется для преобразования конфигураций видовых экранов, сохраненных с помощью команды ВЭКРАН, в отдельные видовые экраны в пространстве листа.

2. Создание трехмерной модели детали

Создание ЗМ модели детали произведем на примере детали (рис.2) По заданным размерам в пространстве модели строиться данная деталь. Линии, которыми выполняются построения контура детали, должны иметь тип полилиния. Можно применить два вида преобразования отрезков прямых в полилинию.

Рис.2. Деталь

1. Рисовать контур детали сразу с помощью полилинии, применяя команду ПЛИНИЯ.

2. Преобразовать построенную фигуру в полилинию с помощью команды находящейся в меню Редактирование - Объекты - Полилиния

Выберите по умолчанию:

Ук. ть → Сделать его полилинией → Да → Добавить

Затем выдавливаем построенную фигуру с помощью команды ВЫДАВИ.

Команда ВЫДАВИ позволяет создавать твердотельные объекты "выдавливанием" (добавлением высоты) двухмерных примитивов.

Запросы: →Выдави

Выберите объекты

Траектория/<Глубина выдавливания>:

Ключи:

Глубина выдавливания - позволяет ввести ненулевое значение или указать две точки. При вводе положительного значения происходит выдавливание объектов вдоль положительной оси Zобъектной системы координат; при вводе отрицательного значения - вдоль отрицательной оси Z.

Можно создавать сужающиеся тела выдавливания, для чего используется запрос

угол сужения <0>: ввести число градусов, на которое должны сужаться грани.

Затем поворачиваем модель с помощью команды ЗМ поворот на 90 градусов относительно оси X (используйте правило правой руки).

В результате выдавливания и поворота модели получили фигуру (рис.2.1).

Рис.2.1 Результат применения команды выдави и 3М поворот

Переходим в пространство листа и открываем четыре видовых экрана. В данных видовых экранах показываем главный вид детали, вид, сверху, вид слева и аксонометрическую проекцию (меню Вид - > ЗМ тзрения). Масштабируем виды в ВЭ. Для этого из пространства листа переключаемся в пространство модели с помощью меню

Вид →Плавающие ВЭ, выделяем нужный ВЭ и через меню

Вид→Показать→Масштаб, в командной строке вводиться масштаб модели в ВЭ, относительно пространства листа.

Пример:

1. Требуется, чтобы в пространстве листа деталь была в 2 раза меньше, чем деталь в пространстве модели.

Находимся в пространстве листа. Выбираем из меню Вид →Плавающие ВЭ. Выделяем нужный ВЭ. Выбираем из меню Вид→Показать→Масштаб. В командную строку вводим 0.5хл.

Примечание: х - вводится латинской буквой (для переключения раскладки клавиатуры используется сочетание клавиш: shift+ctrl или alt+shift). Число 0.5 есть результат от деления натурального масштаба, на выбираемый для показа в данном ВЭ.

2. Требуется, чтобы в пространстве листа деталь была в 3 раза больше, чем деталь в пространстве модели.

Находимся в пространстве листа. Выбираем из меню Вид →Плавающие ВЭ. Выделяем нужный ВЭ. Выбираем из меню Вид→Показать→Масштаб. В командную строку вводим 3хл. После масштабирования, переходим в пространство листа, выделяем рамки ВЭ и задаем для них один слой, затем этот слой отключаем. Проставляем размеры с помощью меню Размеры. Аксонометрическая проекция, по ГОСТ, должна быть в 2 раза больше чем остальные виды. Полученный результат представлен на рисунке 2.2.

Рис.2.2 Чертёж детали.

3. Создание трёхмерной модели секции ГА

3.1 Построение обечаек

1. Проводим горизонтальную линию (центральную ось). Работаем в плоскости XY.

2. Настраиваем оси координат так, чтобы линия превратилась в точку.

Для этого используем команду Вид. Это будет фронтальный вид (вид слева). Делаем этот вид текущим. ПСК→ Вид

3. Строим две окружности 1 и 2, причем R1>R2, с центром в точке О.

R1 - внутренний радиус, а R2 - внешний радиус обечайки.

Рис.3.1

4. Из точки О вертикально вверх откладываем отрезок OA произвольной длины.

Рис.3.2

5. С помощью команды _Array (массив) делим окружности на 3-й части, следующим образом:

Array

Выбор объекта: Выбираем отрезок OA;

Прямоугольный или круговой массив (п/к): нажимаем букву К (Круговой);

Базовая /<центр массива>: выбираем т. О; Число элементов: нажимаем цифру 3;

Угол заполнения (+=ппс, - =пс) <по умолчанию>: область в градусах, которую надо поделить (360);

Поворачивать объекты при копировании? <д>: Д.

Примечание: перед использованием команды массив необходимо установить плоскость, в которой требуется произвести копирование объектов.

Мы разделили окружности на 3-й части. Получили еще два отрезка ОВ и ОС.

Рис.3.3

6. Теперь обрежем окружности до отрезков ОС и ОВ и отрезки ОВ и ОС до точек их пересечения с окружностями, с помощью команды _Trim. Получим область BCDE.

Рис.3.4

7. Выделим эту область и превратим ее в единый примитив с помощью команды _Region. Следующим образом: _Region

Выбор объектов: выбираем область BCDE.

Теперь наша область представляет собой единое целое, и мы можем выдавить ее с помощью команды _Extrude.

Рис.3.5

При этом глубина выдавливания равна ширине обечайки.

8. Построим целую обечайку из отдельных листов. Сделаем это с помощью команды _Mirror.

Вводим команду _Mirror;

Выбор объекта: Выбираем объект BCDE;

Первая точка оси отражения: выбираем точку О;

Вторая точка: точка С;

Удалить старые объекты: нажимаем Н. Проделываем эту операцию второй раз, только второй точкой выбираем не точку С, а точку В.

Рис.3.6

Таким образом, мы получили обечайку составленную из отдельных листов.

9. Из таких обечаек теперь можно составить секцию, откопировав обечайки помощью команды _Array (Массив).

_Array

Выбор объектов: Выбираем всю обечайку

Прямоугольный или круговой массив (П/К): П (Прямоугольный)

Число строк: 1

Число столбцов: равно числу обечаек в секции

Расстояние между столбцами: равно ширине обечайки

Поворот осуществляется с помощью команды: Rotate 3D

Рис.3.7

Итак, мы получили секцию, составленную из 5-ти обечаек, но пока без шпангоутов. Как строить шпангоуты мы рассмотрим в следующем пункте.

3.2 Построение шпангоутов

1. Переводим вид с фронтального на вид сбоку. Делаем этот вид текущим.

2. Строим поперечное сечение тавровой балки.

3. Поместим его на нужное расстояние от края секции. Для этого с помощью объектной привязки отложим от края секции отрезок длиной равной отстоянию шпангоута от края секции. Затем переместим поперечное сечение тавровой балки с помощью той же объектной привязки так, чтобы крайний верхний правый угол стенки тавра совпал с концом отрезка.

Рис. 3.8

4. С помощью команды _Revolve, которая выдавливает объект

относительно заданной оси и на некоторый угол, выдавим сначала полку тавра. _Revolve

Выбор объектов: Выбираем сечение полки;

Ось вращения - Объект/Х/\7<начальная точка оси>: Нажимаем букву

О (Object);

Выдерите объект: Выбираем центральную ось

Угол вращения <Полный круг >: 120, т.к окружность делится на

3 части.

Итак, мы получили полку шпангоута. Аналогичную операцию необходимо провести и со стенкой. В результате чего получится следующее.

Рис.3.9

5. Переходим опять к фронтальному виду и делаем его текущим.

6. С помощью команды _Mirror составим целый шпангоут. Делается это аналогично тому, как мы составляли обечайку в пункте 3.1

Рис 3.10

7. Теперь нужно сделать так, чтобы стыки полок не попадали на стыки стенок.

Для этого выделим все объекты-полки и повернем их с помощью команды Rotate относительно т. О на некоторый угол

8. Перейдем к виду сбоку и сделаем его текущим, выделим все объекты шпангоута (стенки и полки) и скопируем их через команду _Array столько, сколько нужно раз, через расстояние равное шпации.

Т.о. у нас получилась почти полноценная секция.

Рис.3.11

Примечание:

1. В данной работе, для облегчения построения, не соблюдаются правила технологии судостроения. Шов листов на всех обечайках совпадает. Чтобы этого избежать, требуется повернуть вторую обечайку относительно первой, затем размножить их командой массив. Для поворота обечайки используется команда ЗМ поворот. Методика поворота обечайки разрабатывается самим студентом совместно с преподавателем. Данная команда, также, относиться и к повороту шпангоутов.

2. После изготовления секции ей нужно придать "живой", "реальный" вид, для этого используется команда Тонирование из меню Вид.

Окно параметров тонирования выглядит, как представлено на рисунке.3.12.

Для лучшего результата тонирования требуется использовать параметры, которые представлены на рисунке 3.12. Результат тонирования представлен на рисунке 3.13.

Рис. 3.12 Окно тонирования

Рис. 3.13 Результат тонирования