Wprowadzenie do parametrycznego modelowania geometrycznego i symulacji kinematyki na przykładzie programu: Design View Opracował: Dr inż. Zbigniew Rudnicki Z Rudnicki 1 Narzędzia do modelowania w tradycyjnych programach CAD W tradycyjnych programach CAD - takich jak Autocad - od wielu lat stosowane są takie metody i narzędzia jak: modelowanie na płaszczyźnie lub w trzech wymiarach - 2D i 3D, wprowadzanie współrzędnych na wiele sposobów, wstawianie standardowych figur płaskich lub trójwymiarowych czyli tak zwanych prymitywów, dokonywanie operacji na wybranych obiektach (obracanie, skalowanie, kopiowanie, odbicie symetryczne, obcinanie, fazowanie, zaokrąglanie,...) tryby przyciągania kursora do istniejących już obiektów, możliwość grupowania elementów modelu na warstwach, definiowanie modeli jako bloków, które będą stanowić wielokrotnie używane elementy składowe innych modeli, Z Rudnicki 2 1
Narzędzia do modelowania w parametrycznych programach CAD Parametryczne programy CAD - jak Inventor, Pro/Desktop, Pro/Engineer, Catia, Solid Edge, Solid Works, Unigraphics i inne udostępniają dodatkowo takie narzędzia jak: więzy geometryczne - prostopadłość, równoległość, styczność,... parametryzację - wprowadzanie zmiennych do modelu geometrycznego, możliwość wprowadzanie równań i nierówności do modelu geometrycznego obustronne powiązanie modelu geometrycznego z matematycznym - zmiany jednego wpływają na drugi automatyczny pomiar wymiarów i parametrów obiektów - np.: wyznaczanie pól, momentów bezwładności... realizację animacji - lub inaczej - symulacje kinematyczne Z Rudnicki 3 Nowoczesne podejście do modelowania geometrycznego i matematycznego Kolejność operacji: Szkicowanie (m.in. profili brył) Ustalanie więzów geometrycznych, a w tym także wymiarów Równania i nierówności Tworzenie i modyfikowanie brył poszczególnych detali Generowanie rysunków technicznych Składanie detali w zestawy Z Rudnicki 4 2
PARAMETRYZACJA PARAMETRYZACJA to: wprowadzenie zmiennych do modelu geometrycznego, A w szczególności: przypisanie zmiennych (parametrów) liczbowym wymiarom możliwość wprowadzania równań i nierówności określających zależności między tymi zmiennymi automatyczna modyfikacja modelu geometrycznego po zmianie wartości zmiennych lub zależności między nimi a b a = 2 * b Z Rudnicki 5 PARAMETRYZACJA - stanowi obustronne powiązanie modelu geometrycznego z modelem matematycznym i zapewnia wzajemną zgodność tych modeli Z Rudnicki 6 3
PARAMETRYZACJA Nie wszystkie programy CAD umożliwiają stosowanie parametryzacji modeli geometrycznych oraz więzów. Do parametrycznych należą m.in.: Autodesk Inventor Pro/Desktop Pro/Engineer Catia Solid Edge Solid Works... A także Design View Z Rudnicki 7 WIĘZY GEOMETRYCZNE Więzy geometryczne to relacje między elementami modelu geometrycznego (odcinkami, łukami, okręgami,...), na przykład: prostopadłość, równoległość, styczność, połączenie końców, równość długości, konkretny wymiar liczbowy, inna zależność określona równaniem lub nierównością Przykładowo w programie Pro/Desktop można te więzy oglądać, dodawać, usuwać,... Z Rudnicki 8 4
Program Design View (wer.3) W laboratorium działa w wersji DEMO - co objawia się brakiem możliwosci zapisywania do pliku. Z Rudnicki 9 Ekran programu Design View 3 Objaśnienia przycisków i podpowiedzi wyświetlane są w linii u dołu ekranu: Z Rudnicki 10 5
Design View (DV3) - paski narzędzi Narzędzia rysunkowe Z Rudnicki 11 Narzędzia edycyjne: Z Rudnicki 12 6
Mogą być tworzone: a) w trakcie rysowania: samoczynnie - gdy jest symbol zamkniętej kłódki lub po włączeniu odpowiednich opcji przyciągania - sygnalizowanych kształtem kursora Więzy geometryczne b) po narysowaniu - przez wybór obiektu lub pary obiektów i wciśnięciu odpowiedniego przycisku z paska edycji więzów: Z Rudnicki 13 Szkicowanie w DV3 Szkicowanie to rysowanie w którym nie są istotne wymiary a jedynie więzy. Jeśli przycisk z symbolem kłódki nie jest wciśnięty - czyli kłódka na przycisku jest otwarta - to więzy (i linie konstrukcyjne) nie są tworzone przy rysowaniu. Taki rysunek rozpada się na elementy przy próbie rozciągania (modyfikowania) myszką. Jeśli wciśniemy ten przycisk czyli zamkniemy kłódkę i narysujemy prostokąt to można będzie go modyfikować przez ciągnięcie myszką za narożnik lub krawędź. Wymiary będą się zmieniać ale prostokąt pozostanie prostokątem dzięki temu, że jego boki są powiązane z liniami konstrukcyjnymi poziomymi i pionowymi czyli posiadają więzy: pionowość lub poziomość. DV3 sygnalizuje niebieskimi liniami kierunki pionowy i poziomy, a także pokazuje poprzednie położenia elementów po zmianach Z Rudnicki 14 7
Tworzenie więzów przy szkicowaniu Jeśli przy rysowaniu nie wybierzesz opcji przyciągania, to standardowo włączona jest opcja inteligentne przyciąganie. Pozwala ono łatwo dołączać rysowane elementy do punktów, linii, linii konstrukcyjnych i punktów przecięcia. Postać zmieniającego się kursora pokazuje do czego nastąpiłoby przyciągnięcie po kliknięciu. Na przykład jeśli wybrałeś przyciąganie do punktu przecięcia, kursor zmieni się w odpowiedni symbol za każdym razem, gdy znajdzie się w pobliżu jakiegoś punktu przecięcia. Jeśli włączony jest przycisk tworzenie więzów czyli zamknięta kłódka to tworzone więzy (np. styczność odcinka i okręgu) będą utrzymywane nawet gdy jeden z elementów będzie się przemieszczał Z Rudnicki 15 Naprawianie więzów pionowości Wymazanie linii konstrukcyjnej związanej z bokiem prostokąta spowoduje utratę powiązania boku prostokąta z pionem czy poziomem. Można to naprawić wstawiając odpowiednią linię konstrukcyjną przechodzącą przez jeden koniec tego boku a następnie po wybraniu tej linii i (z trzymaniem SHIFT) drugiego końca skośnego odcinka, należy kliknąć narzędzie połącz punkt z linią tak jak to pokazuje rysunek obok. Z Rudnicki 16 8
Wymiarowanie Po zwymiarowaniu niemożliwe jest modyfikowanie rysunku przez przeciąganie myszką a jedynie poprzez zmiany wartości liczbowych na liniach wymiarowych. Konkretny wymiar liczbowy jest także rodzajem więzów. Sprawdź/ustaw jednostki miar w menu: Parametry - Skala/Jednostki. Przy wymiarach które wynikają z innych, DV3 wyświetli symbol WYN co oznacza wymiar wynikowy. Na przykład gdy w trójkącie prostokątnym zwymiarujemy trzy boki to przy trzecim wstawianym wymiarze pojawi się taki symbol, bo przecież twierdzenie Pitagorasa określa długość trzeciego boku gdy dwa są dane. Można także - w uzasadnionych przypadkach - wymusić traktowanie wymiaru jako wynikowego, wciskając przycisk WYN. Wymiary wynikowe nie pozwalają bezpośrednio zmieniać swych wartości liczbowych. Z Rudnicki 17 Parametryzacja i równania Po zwymiarowaniu rysunku można przypisywać zmienne poszczególnym wymiarom. W tym celu trzeba kliknąć wymiar podwójnie i nie zmieniając wartości liczbowej wpisać przed nią nazwę zmiennej oraz odstęp. Po wprowadzeniu zmiennych czyli sparametryzowaniu modelu można wprowadzać równania i nierówności określające wartości wymiarów i zależności między zmiennymi. Do wprowadzania równań służy przycisk [=] albo można z menu Więzy wybrać pozycję Równania Z Rudnicki 18 9
Regiony - figury powierzchniowe Jeśli chcemy z kresek i linii przejść do figur powierzchniowych to musimy zamknięte kontury przekształcić na regiony. W tym celu należy je zaznaczyć (zakreślić myszką) i wybrać z menu: Więzy - Twórz region. Po utworzeniu regionów możemy je: zakreskować wyznaczyć pole powierzchni i inne parametry geometryczne Po zaznaczeniu regionu wybieramy w tym celu odpowiednie opcje z menu Więzy. DV3 prosi wówczas o kliknięcie na obwodzie wybranego regionu Z Rudnicki 19 Bloki Podobnie jak w Autocadzie oraz innych programach CAD, tak i w programie Design View nie trzeba wielokrotnie powtarzać rysowania tego samego obiektu lecz - po jednorazowym narysowaniu (np.: krzesła) - mamy do dyspozycji dwa różne rozwiązania. Możemy mianowicie wielokrotnie kopiować oryginał (także macierzowo) albo zdefiniować oryginał jako blok, nadając mu nazwę oraz określając punkty wstawiania (w DV3 to punkty aktywne ), które będą wiązane z resztą rysunku. Zdefiniowanie dwu lub trzech punktów aktywnych pozwoli automatycznie dopasować skalę wstawianego bloku do odległości między punktami do których jest doczepiany Definiowanie bloków pozwala tworzyć bibliotekę elementów (na przykład detali maszyn), które będzie można wielokrotnie wstawiać zarówno w jednym jak i wielu innych rysunkach. To samo dotyczy bloków trójwymiarowych. Modyfikacja (edycja) bloku przeniesie się automatycznie na wszystkie wstawione jego kopie i oszczędzi nam pracy. Z Rudnicki 20 10
Symulacje kinematyczne - animacja i iteracja Sparametryzowany model pozwala łatwo realizować symulacje kinematyczne. Do wyboru są w menu Więzy dwa narzędzia: ITERACJA - pojawi się takie okno jak obok pozwalające cyklicznie zmieniać wartość wybranej zmiennej (kąta, promienia, długości,...) ANIMACJA - realizowana jest przy naciskaniu klawiszy CTRL+A jeśli istnieje równanie o postaci: new_zmienna = <wyrażenie ze zmienną> na przykład: new_kat = kat +2 albo: new_pole1 = 0,9 * pole1 Z Rudnicki 21 11