WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 11 |

«КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ИНЖЕНЕРНОЙ ПРАКТИКЕ Прочность, колебания COSMOSDesignSTAR Аэрогидродинамика и теплопередача Кинематика и динамика механических систем Оптимизация конструкций COSMOSWorks ...»

-- [ Страница 8 ] --

COSMOSMotion Options World j Display | Simulation Animation | Results I г Flame parameters Increment:

Start Frame:

End Frame:

Symbols during animation Frames VRML Options Simulation Time:

! sec OK Отмена j ' i ••. j Справка Рис. 7.35. Animation исходные данные и определив настройки процедуры решения, запускаем вычислительный процесс. Для этого на панели Simulation Panel (она появляется по соответствующей команде из падающего меню) нажимаем кнопку Simulate (при этом отображаются временные параметры расчета) (рис. 7.36) или подаем одноименную команду из падающего меню или из па нели COSMOSMotion.

Рис. 7.36. Запуск симуляции из панели Simulation В процессе расчета, если была активна опция Animate during simulation, можно наблюдать ход симуляции — он сопровождается движением меха низма.

7.5.4. Рассмотрение результатов После выполнения расчета можно отобразить диаграммы зависимости ре зультатов от времени. Сначала просмотрим наиболее очевидные графики, Кинематика и динамика например, зависимость угловой скорости и углового ускорения от времени.

Выберем для этого деталь Груз, щелкнув по соответствующей ему пикто грамме в браузере. Вызвав затем контекстное меню, выполняем последова тельность команд: Plot | Angular Velocity | Z Component (Чертить | Угловую скорость | Составляющую относительно Z) (рис. 7.37). Так же показываем Angular Acceleration (Угловое ускорение) (рис. 7.38). Видно, что характер кривых вполне соответствует нашим требованиям: система неподвижна, за тем поводок начинает вращаться и возникает ускорение. После достижения заданной скорости она стабилизируется, а ускорение уменьшается до нуля.

Motion Model Angular Acceleration Assembly Components Angular Kinetic Energy Parts Angular Momentum about CM Moving Parts Bryant Angles CM Acceleration CM Position CM Velocity Ground Parts Angles Кулачок Potential Energy Constraints Rodriguez Parameters ffl Forces Results Total Kinetic Energy Acceleration Kinetic Energy Momentum Translational Velocity Yaw/Pitch/Roll Рис. 7.37. Последовательность команд для отображения угловой скорости г i | i i j i !

- i i г— - — i • • i. • •.

i i i. Г, 90 j о |.

Г!

.4...

i * • j. i " Т • г. '.•. К. '. - i 0,80 1,60 3,20 4. 0,00 0,80 1,60 3,20 4, Time (sec) Time (sec) Рис. 7.38. Диаграммы угловой скорости и углового ускорения груза относительно оси кулачка Для отображения осадки пружины и усилия (рис. 7.39) в ней располагаем указатель над пиктограммой пружины и последовательно подаем команды Plot | Translational Displacement | Z Component (Чертить | Поступательное перемещение | Составляющую относительно Z) и команды Plot | Reaction Force | Z Component (Чертить | Силу реакции | Составляющую относитель Z).

498 Глава 0,00 0,73 2,18 2,91 3,64 0,00 0,73 2,18 2,91 3, Рис. 7.39. Диаграммы перемещения пружины и усилия в пружине При попытке показать усилие в контактной паре "ролик-кулачок" выясняется, что сделать это сразу, указав компонент (по аналогии с предыдущими опера циями это должен был быть Constraints | и в его контекстном меню найдя подходящую команду, не удается. Выясняется, что определенное подмножество результатов доступно только после их загрузки. Для этого нужно из контекстного меню некоторой (не обязательно интересующей нас) детали механизма подать команду Add Result Object (Включить результаты для объекта), а затем выбрать расчетный параметр (рис. 7.40). В данной си туации подключим Reaction Forces (Силы реакции).

Motion Components Parts Parts Plot Ground Trace Path Linear Displacement (suppressed) Velocity Ж -4} Constraints Forces Рис. 7.40. Загрузка силы реакции для ролика После подачи команды раскрываем в Менеджере COSMOSWorks ветвь Results (Результаты), а в ней — ветвь Reaction Force (Сила реакции) (рис. 7.41).

На этой ветви "растут" листья, каждое из которых "скрывает" группу резуль татов, относящуюся к силе реакции одной из кинематических пар. Нас инте ресуют явления в паре "кулачок гладкий — ролик", вызываем кон текстное меню соответствующей пиктограммы, в котором, в свою очередь, выбираем команду Plot, а затем — Z component. Интегральная величина Кинематика и динамика контактной силы (Magnitude) менее наглядна, поскольку включает в себя компоненты, порождаемые силой трения.

Motion Model Assembly Components Parts Constraints Forces Results Trace Path Linear Disp Angular Disp Velocity Acceleration Reaction Force ЕВ A ffl A X Component • Y Component Export ff Magnitude ff IS * Plots Рис. Последовательность команд для компоненты Z контактной силы для ролика Диаграмма изменения контактной силы приведена на рис. 7.42. В отличие от графиков для скоростей и перемещений, на кривой присутствуют значитель ные осцилляции. Попытаемся выяснить, является это закономерностью или они представляют собой просто "шум". В данной ситуации влиять на качест во вычислений можно, увеличивая точность (уменьшая параметр Accuracy) или уменьшая максимальный шаг по времени (Maximum Time Step). По скольку параметр точности достаточно — его предельная величина 1е-6, то будем последовательно уменьшать максимальный шаг.

477 - i 0,00 0,40 0,80 1,20 2,00 2,40 2,80 3,20 3,60 4, Time Рис. 7.42. Зависимость контактной силы от времени при максимальном шаге 0, На рис. 7.43 показаны графики для вертикальной составляющей контактной силы при максимальном шаге 0,001 и 0,0001. На первом из них шумы еще Глава заметны, причем зона их появления соответствует неподвижному состоянию ролика. Появляются они в тот момент, когда колебания успокаиваются. При уменьшении максимального шага еще в десять раз кривая (в том масштабе, в котором она показана на рисунке) становится практически гладкой. Если увеличить запрашиваемую точность (уменьшив для этого параметр Accuracy до 1е-6), то результат практически не изменится. Более того, уменьшение ша га не всегда приводит к увеличению времени расчета. Объяснение здесь, по всей видимости, такое: время, "сэкономленное" на размере шага, затем теря ется в процессе субитераций в пределах этого шага.

I J о i 469 • 313. i. i.. i, i i, i о,с 0 0,40 0,80 1,60 2,00 : 2,80 3,20 0 4,t Time (sec) Рис. 7.43. Зависимость контактной силы от времени при максимальном шаге 0, На основе анализа кривой можно уверенно утверждать, что соотношение же сткости пружины и демпфирующих свойств амортизатора таково, что при данной скорости вращения поводка (и соответственно линейной скорости ролика) отрыва ролика от кулачка не происходит. При этом гашение колеба ний происходит за два периода.

Однако если увеличить масштаб для кривой контактной силы (рис. 7.45), то картина становится менее очевидной. На рис. 7.44 показан фрагмент кривой, соответствующий интервалу времени, в который попадает момент прохожде ния ролика через линию сопряжения криволинейной и плоской поверхностей 778 • ft i I A i J — I " 4 - — - I 130 - i ! \ !

. i. i. i.

0,00 0,40 2,00 2,40 2,80 3,20 3,60 4, Time (sec) Рис. 7.44. Зависимость контактной силы от времени при максимальном шаге 0, Кинематика и динамика Рис. 7.45. Зависимость контактной силы от времени:

момент прохождения через линию сопряжения кулачка. Налицо скачок силы. Ниже мы попытаемся узнать, есть ли это след ствие вычислительной погрешности (объективно присущей численным мето дам) или же это более значимых явлений.

7.5.5. Модифицирование конструкции Выясним, не является ли скачок на диаграмме результатом особенностей мо дели. Предположим, что это результат "удара" ролика при его перекатывании через линию, соединяющую криволинейную и поверхности. Подоб ные эффекты появляются при негладкости функции по второй производной.

Здесь же мы не можем гарантировать даже равенство первой производной (в ходе преобразования ломаной посредством команды Разместить сплайн примыкающие к ней прямолинейные участки не включались во множество преобразуемых объектов). Надо сказать, что в SolidWorks нет достоверных инструментов контроля гладкости поверхностей. Команды и Ото бразить кривизну дают только приближенную оценку, которой, как выясня ется, недостаточно для идентификации "пограничных" состояний.

Воспользуемся методами косвенного контроля. При построении модели кон тактной пары предполагалось, что взаимодействующие детали обладают ло кальной податливостью в зоне соприкосновения. Соответствующие парамет ры настраивались в окне Edit 3D Contact (см. рис. 7.24). Мы остановились на том, что как ролик, так и кулачок приобрели свойства, описывающие сухую сталь. Здравый смысл подсказывает, что если увеличить контактную жест кость, то ударные эффекты станут более выраженными. Более того, для абсо лютно жестких тел ускорения и нагрузки в момент прохождения линии со пряжения станут бесконечными. Ограничимся тем, что изменим только па раметр контактной жесткости (Contact3D | Contact | Stiffness), увеличив его 502 Глава в раз. При этом не трогаем сопутствующее свойство (Экспонен та), а также характеристики демпфирования. В результате зависимость кон тактной силы от времени приобретает вид рис. 7.46. Налицо, во-первых, уве личение степени дискретности диаграммы, а во-вторых, как и ожидалось, не контролируемый рост сжимающей нагрузки в момент перехода с неплоской на плоскую поверхность.

-.

139 0,40 2,40 2, Рис. 7.46. Зависимость контактной силы от времени для "жесткого" контакта:

момент прохождения через линию сопряжения Если учесть, что мы не увеличивали параметр роста сопротивления в ходе проникновения (Exponent) и не делали локальный "амортизатор" более жест ким (этому соответствует увеличение параметра Max. Damping и уменьше ние Penetration), то вывод однозначен: на кромке, где граничат криволиней ная и поверхности кулачка, ролик претерпевает удар. Из этого следу ет, что в некоторых случаях "чрезмерная" идеализация задачи, например, придание ролику и кулачку жесткости, близкой к "абсолютной", будет отда лять пользователя от принципиальных вопросов. В данной ситуации — это подбор оптимального соотношения параметров упругости и демпфирования для объектов, соединяющих груз и шток. Если высказать субъективную точку зрения, то возникает подозрение, что разработчики программы ввели воз можность назначать податливость и амортизирующую способность контакт ной пары для того, чтобы неявно ввести объекты, стабилизирующие решение для систем, неустойчивых с вычислительной точки зрения.

На рис. 7.47 приведены диаграммы ускорения для ролика и для груза в зави симости от времени. Параметр Stiffness равен 1е5, что соответствует сухой стали. Налицо некоторая неустойчивость в диаграмме ускорения ролика. В то Кинематика и динамика же время, комбинация упругих и демпфирующих свойств обеспечивает эф фективное гашение колебаний без передачи осцилляции на груз.

• • 5342 - — j Ж 675 - J i • i -8060 (Л с ' I i 0 DO 0,36 0,7 3 1 5 2 2,55 1 3, ' I t 4527 " 1886 -756. '' I •'.

..'..

• ' I • 0,0 0,36 3 2 2,18 2,55 ) 1Ime (sec) Рис. 7.47. Вертикальное ускорение ролика и груза для "податливой" контактной пары Диаграммы для "жесткого" контакта приведены на рис. 7.48. На поведение груза (с учетом различий в сетке координат) это не повлияло. Параметры движения ролика изменились существенно.

1). :

35382 - 1.

i J i. со., i • t 0, 0,40 С,80 2,00,40 2. Time i i ' 1.,;

N 3208 '•' '!' •' •' '', г i i 0,00 0,40 С,80 1,20 1,60 2,00 2,40 2,80 3, Time (sec) Рис. 7.48. Вертикальное ускорение для ролика и груза для "жесткой" контактной пары 504 Подводя итог анализу поведения системы при перекатывании ролика через кромку, соединяющую две поверхности, отметим, что если целью задачи яв ляется проектирование профиля, обеспечивающего заданный закон движения ("глобальная" задача), то следовало бы в момент создания сплайна на плоско сти (команда Works Разместить сплайн) присоединить к криволиней ной части смежные с ней отрезки прямой. После того как построенной на ба зе сплайна поверхностью мы отсекли бы часть развертки цилиндра, была бы получена непрерывная рабочая поверхность. И, соответственно, не было бы (по крайней маре, на первый взгляд) почвы для появления ударных нагрузок (если, конечно, кривизна ролика больше минимальной кривизны вогнутой части сплайна). Это позволило бы сосредоточиться непосредственно на про ектировании профиля кулачка, не отвлекаясь на "сопутствующие" моменты.

С другой стороны, если целью анализа является исследование явлений, воз никающих при перекатывании с одной части профиля на другую, то необхо дима та модель, которую мы и рассматривали.

Рассмотрим, как меняются динамические характеристики системы в зависи мости от скорости вращения деталей относительно вертикальной оси. Все приведенные ранее расчеты выполнялись для 360 Последовательно увеличивая угловую скорость и выполняя расчет, наблюдаем уменьшение минимальной контактной силы. Зона ее минимума соответствует переходу ролика с вогнутого на выпуклый участок (начало конца подъема) и далее — опять на вогнутую поверхность. В конце концов, минимальная контактная сила уменьшается до нуля, что означает отрыв ролика от кулачка. При этом нулевая величина контактной силы наблюдается на некотором отрезке вре мени, который растет по мере увеличения угловой скорости. Этот интервал соответствует "полету" ролика. Одновременно с этим в момент окончания данного участка резко увеличивается контактная сила. Таким способом про грамма имитирует удар при "приземлении". Понятно, что весь этот процесс можно отображать визуально посредством инструментов анимации.

Рассмотрим поведение системы при действии угловой скорости Диаграмма контактной силы показана на рис. 7.49. Напомним, что жесткость пружины равна Н/мм, а коэффициент вязкого демпфирования амортизато ра равен 0,6 Поставим следующую цель: подобрать такое сочетание жесткости пружины и динамической вязкости демпфера, чтобы система пре одолевала препятствие без отрыва ролика от кулачка. Жесткость пружины — как приоритетный параметр — на первом этапе менять не будем. Чтобы по добные конструкции "лучше" преодолевали препятствия, жесткость аморти затора нужно уменьшать. Если понизить ее в два раза, то закон изменения контактной силы приобретет вид рис. 7.50. Минимальная величина контакт ной силы не изменилась: ролик все еще отрывается от кулачка. Некий пози тивный эффект, тем не менее, наблюдается: максимальная сила (она Кинематика и динамика зована в зоне подъема кулачка) уменьшилась. Платой за улучшение явилось то, что менее жесткий амортизатор вместо двух качаний породил уже три.

| | ! i i : i f ( i | j 1 i 679 о 472 о 340 - i !••. i. i. i i..

0,00 1,03 1,54 2,06 2, Time (sec) Time (sec) Рис. 7.49. Контактная сила Рис. 7.50. Контактная сила для 500 град/с, для скорости 500 град/с пружина 10 демпфер 0, Дальнейшее уменьшение демпфирующей способности не дает принципиаль но нового результата и приводит только к тому, что на гашение колебаний требуется все больше времени. Единственный оставшийся инструмент для управления динамикой системы — жесткость пружины. Уменьшаем ее на несколько единиц, а затем подбираем характеристику амортизатора так, что бы она, с одной стороны, обеспечивала контакт ролика с кулачком (здесь "идеал" — полное отсутствие демпфирования), а с другой — поглощала ко лебания за меньший период времени или, что, в общем, не одно и то же, за минимальное число колебаний. Подходящая жесткость пружины равна 5 Н/мм, а характеристика амортизатора — 0,2 (рис.

.! i I | ftrtC !

282 * ! i i 0,48 0,96 1,45 1,93 2, Time Рис. Контактная сила для 500 град/с, пружина 5 Н/мм, демпфер 0, Для полноты картины отобразим диаграмму осадки пружины и усилия в ней (рис. 7.52). В сравнении с исходным вариантом перемещение в "спокойном" состоянии увеличилось пропорционально уменьшению жесткости, а вот мак симальная осадка — более чем в пять раз. Сила, воспринимаемая пружиной 506 Глава в статическом положении, осталась неизменной, а наибольшая сила увеличи лась. Это связано с уменьшением доли нагрузки, воспринимаемой амортиза тором. В целом же качество системы ухудшилось по сравнению с первона чальным исполнением: полное успокоение колебаний теперь занимает более двух секунд.

0,00 1,16 1,74 2,31 2,89 0,00 1,16 2,31 2, Time Time (sec) Рис. 7.52. Диаграммы перемещения пружины и усилия в пружине для модифицированной системы i Find Interferences Over Time Parts 81 Frames Select Parts | | • Кулачок New Search ' Start End..

Index I 1 i 0 Кулачок гл...

:-.'•' 2 3 0.004 Ролик-1 0, 3 4 0.008 Куяачокгл... 0.0510501.

4 5 0,012 Кулачок 5 6 0,016 Ролик-1 0, 6 7 0,02 Ролик-1 Кулачок 0, 7 8 0,024 Кулачок гл... 0, 8 0.028 0. Т of 670 at Frame 2 Details ' ' ' ' _ Рис. 7.53. Окно Find Interferences Заслуживает внимания информация, получаемая по команде Check Inter ferences (Проверить коллизии). Она доступна после выполнения расчета. По сле того как в окне Find Interferences Over Time (Проверить коллизии за все время) (рис. 7.53) выбраны (щелчком мыши по детали на экране) компонен ты, взаимодействие между которыми нужно проанализировать, следует на жать на кнопку Find Now (Найти сейчас). Система выполнит покадровый Кинематика и динамика анализ интерференции, сопровождаемый анимацией механизма. Полученные величины (столбец Volume) представляют собой объем области взаимного проникновения. Поскольку интерференция наблюдается во всех кадрах, сле довательно, ролик не выходит из зацепления с кулачком.

Сделаем последний шаг в изучении как влияет способ представления кривой на динамические параметры. При создании линейного кулачка под черкивалось, что сплайн, созданный на базе исходного представления кривой в виде цепочки дуг, имел не гладко изменяющуюся кривизну (см. рис. 6.20).

На базе этого сплайна был построен кулачок. Сплайн, проходящий через точ ки ломаной, является более гладким (см. рис. 6.27). Если построить кулачок, для которого основой является этот сплайн, и контактирующим объектам на значить материал сталь, то получим закон изменения вертикальной состав ляющей контактной силы в виде рис. 7.54. Сравнив его с тем, который имел место для исходной геометрии (см. рис. 7.45), можно увидеть, что при пере катывании ролика через препятствие диаграмма силы стала несколько более гладкой (параметры вычислительного процесса для обеих конфигураций, ес тественно, одинаковы).

Time (sec) 2,49 2, Рис. 7.54. Зависимость контактной силы от времени: Рис. 7.55. Зависимость контактной силы момент прохождения через линию от времени для "жесткого" контакта:

сопряжения — "гладкий" кулачок момент прохождения через линию сопряжения Как и при расчете исходного варианта кулачка, пронаблюдаем, как изменится характер взаимодействия, если сделать контактную пару более "жесткой".

Соответствующая диаграмма показана на рис. 7.55. Видим, что осцилляции сохранились, однако точки их появления сместились относительно тех, кото рые показаны на рис. 7.46. Кроме того, несколько уменьшилась амплитуда 505 Глава колебаний. Не исчезли следы удара в момент перекатывания ролика через линию сопряжения. Это, как следствие отсутствия гладкости траектории по второй производной (между сплайном и прямолинейными участками назначено сопряжение Касательность и более того).

На базе этого примера можно сделать заключение о том, что анализ моделей с переменной границей контакта и, тем более, с прерывистым контактом тре бует предельно внимательного отношения к тому, как описываются контак тирующие поверхности. Стабилизирующую роль может играть наличие по датливости контактирующих объектов. Ее учет позволяет получить решение, которое пригодно для анализа более "существенных" факторов.

7.6. Выводы Выше был рассмотрен достаточно характерный пример использования COSMOSMotion. Программа позволяет выполнять динамический анализ ши рокой номенклатуры механизмов. Продукт также полезен при синтезе таких объектов. Здесь, правда, ответственность за создание методики применения программы всецело возлагается на пользователя. В простейшей ситуации эта методика сводится к перебору вариантов, а затем оператор принимает реше ние о направлении дальнейшего поиска или же о том, что на некотором этапе результат удовлетворяет требованиям.

Как и в большинстве расчетных программ, главная задача — это построение модели, которая с приемлемой погрешностью описывает принципиальные характеристики динамической системы. С точки зрения трудности анализа, наиболее ответственным этапом является оценка соотношения реальной по датливости деталей и возможности ее имитировать посредством инструмен тов программы. Это Impact Force (Усилие проникновения), 3D Contact (3D контакт) и Bushings (Втулки). Последние две функции, по сути, включают в себя функциональность Impact Force. Если жесткость объектов такова, что податливостью деталей ("в целом" и локальной ее составляющей) можно пренебречь, то единственной проблемой, требующей неформального подхо да, является подбор параметров: вычислительных и физических, которые обеспечивают приемлемую точность решения.

В свете предыдущих рассуждений заключаем, что канонические задачи тео рии механизмов и машин, связанные с расчетом рычажных и кулачковых ме ханизмов, могут быть решены практически "в лоб", поскольку не требуют специальных навыков. Единственным минусом здесь является небогатый вы бор инструментов для построения эпюр скоростей, ускорений, усилий.

"Штатные" средства COSMOSMotion, по сути, сводятся к диаграммам в орто гональных координатах. Поэтому приведение их к требованиям ТММ требу Кинематика и динамика ет некоторых усилий. Однако программа является очень эффективным инст рументом для поверки результатов, полученных графоаналитическим рас четом.

При использовании программы совместно с SolidWorks определенное твор чество необходимо при переходе от сборки SolidWorks к модели "реального" механизма. Несмотря на то, что все операции по назначению соединений можно выполнить в COSMOSMotion, весьма желательно корректные взаимо связи назначить именно в SolidWorks. Интерференцию компонентов также рекомендуется проверить в геометрической САПР. Пересечение деталей, в принципе, допускается при расчете кинематики, но для кинематических пар, где фигурируют контактные эффекты, наличие пространственных конфлик тов нежелательно.

ГЛАВА Листовой металл развертки и заготовки (SolidWorks, BlankWorks) Задача проектирования изделий из листового металла в практике конструкто ра встречается достаточно часто. Ее особенность в том, что она теснейшим образом связана с вопросом технологической реализуемости. Функциональ ность, имеющаяся в SolidWorks, позволяет моделировать формы, допускаю щие получение точных в геометрическом смысле разверток. Более тщатель но рассмотрена программа BlankWorks, способная оперировать с поверхно стями двойной кривизны, сопровождая получение разверток первичной оценкой технологичности (рис. 8.1).

About BlankWorks Blank Prediction Software Version 2. Л our ft Рис. 8.1. Информационная панель BlankWorks Замечание Для построения геометрических моделей использована версия SolidWorks Описание интерфейса соответствует этой версии.

Листовой металл — развертки и заготовки 8.1. Назначение Проектирование изделий, классифицируемых как изделия из листового ме талла, включает этапы моделирования изделия, получения заготовки и разра ботки технологического процесса. Рассмотрим их подробнее.

Создание геометрической модели. Наиболее продвинутым является подход, когда модель является пространственным объектом. Этот объект может фор мироваться как твердое тело или описываться поверхностями. В первом слу чае применяются специальные функции, имеющиеся в современных геомет рических САПР. Второй использование аппарата поверхностного моделирования. Его использование неизбежно для изделий, имеющих форму, которая не может быть реализована посредством процедур первого типа. Мы не затрагиваем ситуацию, когда изделие моделируется как пространственный гибридный объект вида (типичный пример будет рассмотрен далее). Этот подход имеет место на практике, но для решения специальных задач необхо димо привести его к одной из предыдущих разновидностей. И, разумеется, речь не идет о случае, когда проектирование выполняется посредством чер тежей. Они, за редкими исключениями, имевшими место до появления про странственных САПР, не могут быть источником информации для автомати зированного построения разверток.

Получение заготовки. Нередко этот этап — сознательно или нет — подменя ют понятием получения развертки (именно этот термин мы, в силу его упот ребительности, будем, как правило, использовать далее). Безусловно, есть ситуации, когда эти предметы тождественны, но, в общем случае, это различ ные понятия. Процедуры, имитирующие эту операцию, интегрированы в гео метрические САПР (они, по сути, сопровождают построение самой модели), а также могут быть оформлены как самостоятельные программы. В обоих случаях процесс построения заготовки может сопровождаться более или ме нее адекватной имитацией этапов технологического процесса.

Разработка технологии. Данный этап тесно связан с фазой проектирования.

С одной стороны, это касается технологической реализуемости изделия.

С другой стороны, на базе проекта могут быть определены некоторые пара метры техпроцесса. Мы ограничимся рассмотрением тех аспектов, которые предполагают первичность конструкторской проработки. Программное обес печение, предназначенное для симуляции процесса воздействия на материал, останется за рамками данной книги. Его эксплуатация требует специальных познаний, а также солидного объема достоверных экспериментальных данных.

Предметом данной главы являются две процедуры. Первая — подмножество функций SolidWorks, предназначенных для работы с листовым металлом.

Они спроектировать изделие как совокупность геометрических 512 Глава элементов, присущих тонколистовым изделиям. На любом этапе формирова ния модели пользователь имеет доступ к заготовке объекта. При ее расчете программа может учитывать поправки на изменение длины заготовки в ходе ее гиба. Возможно также получение заготовки на базе твердотельной модели SolidWorks, сформированной посредством "универсальных" команд. Эти функции мы рассмотрим достаточно бегло, т. к. они не сопровождаются ка кими-либо расчетами и, в общем, хорошо документированы. Вторая про приложение BlankWorks разработка фирмы Forming Technology Incorporated, Канада (http://www.forming.com). Информационная панель программы показана на рис. Будучи приложением SolidWorks, она использует специальным образом подготовленную поверхностную модель.

Результатом его работы также является заготовка. Расчет сопровождается первичной оценкой технологической реализуемости проекта. BlankWorks имеет предка — независимую программу FastBlank, которая обменивается информацией с геометрическими САПР через формат IGES. Несмотря на то, что рассматриваемые продукты объединяет только цель, их совместное рас смотрение даст пользователю весьма содержательную информацию.

8.2. Теоретическая база Программы, описанные в данной главе, имеют в своей основе принципиально различный математический аппарат. Процедуры SolidWorks построены на базе аналитических методов, BlankWorks имеет базой метод конечных эле ментов.

Развертки в SolidWorks Как известно, классификация разверток криволинейных поверхностей в на чертательной геометрии делит их на точные, приближенные и условные.

Первые подразумевают сохранение всех линейных и угловых размеров, т. е.

деформирование материала без растяжения/сжатия (при условии, что толщи на стремится к нулю). Точные развертки могут быть получены только для определенного класса объектов. Если пользоваться понятиями аналитической геометрии, то к ним относятся поверхности, у которых в любой точке одна из главных кривизн равна нулю. Начертательная геометрия требует для развер тывающейся поверхности существования в любой точке плоскости, касаю щейся поверхности по прямой. Разумеется, физический смысл этих опреде лений эквивалентен. Примерами точно развертывающихся поверхностей яв ляются цилиндрические и конические поверхности общего вида, а также линейчатые поверхности с двумя направляющими и плоскостью параллелиз ма. На рис. 8.2 приведен пример точной развертки объекта (твердого тела), имитирующего линейчатую поверхность. Она представляет собой сочетание Листовой металл — развертки и заготовки плоских и конических поверхностей. Очевидно, что все поверхности также имеют точную развертку.

Замечание с Здесь и далее на рисунках приводятся реальные модели SolidWorks, а не ус ловные изображения. Последние, возможно, иллюстрировали бы абстрактные понятия более точно, однако мы отдаем приоритет формированию у читателя практических навыков работы с программой.

Рис. 8.2. Пример точно развертывающегося объекта Если же точно развертывающая поверхность аппроксимируется гранной (грани могут быть, например, треугольниками, плоскими четырехугольника ми и т. д.), то полученная развертка называется При умень шении размеров описывающих ее объектов погрешность аппроксимации (в смысле площади, линейных и угловых размеров) стремится к нулю. Полу чение приближенной развертки не сопровождается разрывом на гладких гра нях. На рис. показан наклонный конус, для которого построена ус ловная развертка методом замены его шестигранной пирамидой, образован ной командой Бобышка по сечениям с опцией Тонкостенный элемент. Как и в предыдущей модели, прямолинейный разрез одной из плоских граней вы полнен для того, чтобы обеспечить построение развертки Последняя условно развертываемые поверхности. Здесь приходит ся прибегать к аппроксимации поверхности теми поверхностями, которые развертываются точно. Сфера, например, описывается совокуп ностью усеченных конусов вращения или же цилиндрами, обрезанными в виде долек. На рис. приведен пример построения одного из сегмен тов сферы. Две непересекающихся дуги были получены как сечения сфериче ской поверхности плоскостью, проходящей через ось (наличие самой поверх ности необязательно, каждую дугу можно было бы получить как самостоя тельный эскиз). Затем была применена команда Элемент по сечениям сгиба, в качестве объектов которой выступили эти эскизы. Полученный сегмент яв ляется, по сути, разверткой участка цилиндрического тонкостенного тела.

Глава Рис. 8.3. Пример приближенно развертывающегося объекта Рис. 8.4. Ход построения пространственной модели Рис. 8.5. Преобразование объекта программой после ввода развертки и сама развертка Заканчивая разговор об условных развертках, развернем ту же самую сферу, но по другой схеме. В ней исходный объект заменяется совокупностью усе ченных конусов вращения. На рис. проиллюстрирован процесс по лучения развертки половины одного из таких объектов. Для этого, как и в предыдущем случае, использован Элемент по сечениям сгиба, хотя можно было бы построить "точную" развертку", применив для этого (после построе ния подходящей модели) команду Сгибы (этот подход иллюстрирован рис. Напомним, что сферическая поверхность присутствует в Листовой металл — развертки и заготовки Рис. 8.6. Выделение на сфере участка для развертывания Листовой Элемент по сгиба изгибЗ Рис. 8.7. Результат построения развертываемого сегмента Поверхность-Повернуть Листовой по сечениям сгиба Свободный Рис. 8.8. Условная развертка сегмента тонкостенной сферы (поверхность сферы скрыта) модели исключительно как средство привязки элементов эскиза, формирую щих развертываемое тело. Все построения, в принципе, могут быть выполне ны без ее использования.

Независимо от размеров граней, описывающих сферу, на условной развертке всегда появляются разрывы. В наших примерах они отсутствуют по причине того, что мы имели дело с единичной деталью. Для построения комплекта разверток, описывающих, например, сферу, нужно было бы иметь множество деталей, каждая из которых содержит единственный сегмент. Сферическую 516 Глава же поверхность, к которой следовало бы привязать эти развертки, было бы лучше поместить в отдельную деталь, обеспечив ассоциативность деталей (сегментов) через взаимосвязи, назначенные в контексте сборки.

Возвращаясь к теме раздела, отметим, что авторы не обладают исчерпываю щими данными об алгоритмах, использованных в По всей види мости, соответствующие возможности интегрированы в геометрическое ядро ЭскизЗ Рис. 8.9. Отрезки сечений сферы горизонтальными плоскостями.

Листовой Ж Элемент по сгиба Рис. 8.10. Результат построения развертываемого сегмента Листовой Элемент по сечениям Рис. Условная развертка кругового сегмента тонкостенной сферы (поверхность сферы скрыта) Листовой металл — развертки и BlankWorks) Рис. 8.12. Эскиз для построения усеченного конуса Рис. 8.13. Построение конического тела Рис. 8.14. Развертывание конического тела 518 Глава • Листовой Плоское Рис. Развертка усеченного конуса вращения Parasolid, лежащее в основе геометрической САПР. Можно утверждать, что для формирования развертки в нем используются аналитические зависимо сти. Они позволяют получить однозначное решение (точную развертку) при достаточно скромном объеме вычислений. Единственным исключением яв ляется функция Элемент по сечениям сгиба. Она предназначена для по строения разверток пространственных объектов, полученных на базе двух сечений. Для этого, по всей видимости, на плоскости воспроизводится ап проксимация срединной поверхности полосами, каждая из которых, в свою очередь, разбита на треугольники. Полученную таким способом развертку можно отнести к классу приближенных. В пользу предположения о первич ности поверхностной аппроксимации свидетельствует то, что результат рабо ты данной команды, в отличие от других, предназначенных для разверток, никоим образом не зависит от толщины листа или параметров сгиба.

8.2.2. Развертки в BlankWorks В основе BlankWorks лежит метод конечных элементов. Программа наклады вает на поверхность (перед этим она, по всей видимости, автоматически пре образуется в формат IGES) сетку конечных элементов. Элементы могут быть четырех- треугольными. Как можно предположить, используются безмо элементы. Это значит, что они не сопротивляются деформации из гиба и сдвига "из" плоскости. Далее производится совмещение сетки с неко торой плоскостью, перпендикулярной направлению движения виртуального штампа. При этом учитывается возможность упругого и пластического де формирования. Понятно, что так можно решить только прямую — преобразовать криволинейную поверхность в плоскую. Программа, однако, воспроизводит заготовку, что требует решения проблемы проектирования.

Для этого, скорее всего, применяется итерационное приближение: модель заготовка модель с поправками заготовка... Надо отметить, что дан ный цикл программа выполняет достаточно быстро.

Листовой металл — развертки и заготовки BlankWorks) 8.3. Функциональные возможности и ограничения По функциональности программы дополняют друг друга. Возможности SolidWorks оптимальны для проектирования точно развертывающихся объек тов, имеющих твердотельное представление, получения разверток и оформ ления рабочих чертежей. При построении разверток можно учесть эмпириче ские закономерности, учитывающие изменение длины заготовки в процессе сгиба.

BlankWorks следует использовать для объектов, содержащих поверхности двойной кривизны. Эта программа не обладает возможностями проектирова ния и предназначена исключительно для обработки готовых поверхностных моделей SolidWorks.

Поскольку обзор будет достаточно кратким, то совместим рассмотрение функциональности с расшифровкой предназначения элементов интерфейса.

8.3.1. Листовой металл в SolidWorks Команды для работы с листовым металлом собраны в одноименную панель инструментов. Она показана на рис. 8.16, при этом с нее убраны команды Вытянутый вырез и Простое отверстие. Они не являются специфическими для листового металла. В SolidWorks имеется два принципиально различных алгоритма формирования объекта, для которого будет получена развертка.

Первый — проектирование детали как твердотельного объекта с последую щим получением развертки. Для этого используется команда Сгибы. При этом деталь должна быть построена так, чтобы процедуры SolidWorks смогли эту развертку построить. Заведомо неприемлемые для обработки объекты следующие:

деталь, состоящая из нескольких тел;

О разнотолщинная деталь;

П деталь с телом, имеющим поверхность двойной кривизны;

деталь, у которой эскиз, формирующий профиль, содержит сопряжение прямой и дуги, не связанные сопряжением Касательность;

П деталь, у которой эскиз, формирующий профиль, содержит линии, отлич ные от прямой и дуги;

П деталь, содержащая пересекающиеся изгибы.

Соответственно и приемы, которые позволяют получить развертываемый объект, следующие:

520 Глава П при построении деталей рекомендуется использовать элементы, содержа щие опцию Тонкостенный;

П элемент Оболочка следует применять с одинаковой толщиной элементов оболочки;

желательно использовать минимальное число шагов для построения ис ходного тела;

П при обработке тел вращения: цилиндров или конусов рекомендуется фор мировать их так, чтобы система однозначно "понимала" их как тонкостен ные тела вращения.

Сгибы Создание детали из металла детали.

Плоский детали из листового плоского для металла или из из металла.

металла, Рис. 8.16. Панель инструментов Листовой металл Как упоминалось, базовая функциональность SolidWorks подразумевает ра боту только с объектами в твердотельном представлении, однако способ по строения объекта, вообще говоря, для команды Сгибы безразличен. Это мо жет быть, в частности, результат придания толщины поверхности подходя щей формы. Соответствующий пример показан ниже.

После подачи команды возникает панель Сгибы рис. Пользователь должен заполнить следующие поля.

П Зафиксированная грань или объект, который остается не подвижным в процессе построения системой развертки. Это может быть плоская грань или линейная кромка. От того, какой объект выбран, зави сит расположение развертки относительно исходной модели, а также сама осуществимость операции. Например, в модели половины усеченного конуса (см. рис. присутствуют две плоских грани и четы ре линейных кромки, однако только последние могут быть базой для раз вертки.

Радиус сгиба — внутренний радиус, который будет использован системой при построении скругления мест стыка плоских участков. Если в процессе построения радиус окажется настолько велик, что поглотит одну из смеж Листовой металл — развертки и заготовки (SolidWorks, ных граней, то развертка построена не будет. Впоследствии для каждого из гибов может быть назначено индивидуальное значение радиуса.

Толщина — поле в данном контексте не используется.

Допуск группа параметров, определяющих, как система будет обрабатывать изменение длины листа в процессе перехода от заготовки к модели. Как известно, в процессе гиба из-за особенностей распределения пластических деформаций (они, как правило, более активно развиваются в зоне внешнего радиуса) происходит изменение (почти всегда — увеличе ние) длины детали. Этим, собственно, и отличаются термины "развертка" и "заготовка". Если изменения длины срединной поверхности в процессе изготовления детали (в компьютерной модели — при превращении заго товки в деталь) не происходит, то эти понятия тождественны. Система обрабатывает эту ситуацию тремя способами:

посредством использования параметра Коэф фициент К, определяющего местоположение сгиба срединной (недеформируемой) поверхности толщины листа. Параметр от грань или кромка] считывается от внутреннего радиуса гиба. Ес ли К равен 1/2, то изменения длины не проис ходит;

сгиба через Допуск сгиба — длину, которую будет иметь круговой участок заданного радиуса и толщины;

посредством Вычисление размера, на который уменьшается совокупная длина наружной ломаной кромки объекта после по явления в нем сгиба.

направление!

Зазор по Рис. 8.17. Параметры команды Сгибы Кроме того, возможно использование созданных пользователем Таблиц сгибов, в которых для любого из указанных способов можно определить величины в зависимости от толщины листа, радиуса и гиба. Таблицы могут быть созданы в текстовом файле с расширением а также в фор мате В поставку SolidWorks входят образцы таблиц, находя щиеся в каталоге, путь к которому прописывается на вкладке Инструмен ты | Настройки пользователя | Месторасположение файлов. Далее 522 Глава дует в выпадающем списке Отобразить папки для выбрать элемент Таб лицы сгибов. Как правило, различные таблицы соответствуют опреде ленным материалам или классам материалов. Более подробную информа цию о том, как эти таблицы заполняются и используются, можно получить в справочной системе SolidWorks.

Замечание К сожалению, шаблоны таблиц сгибов, соответствующие русскоязычной версии SolidWorks, сформированы некорректно. Это делает невозможным их исполь зование в программе как для определения параметров гиба, так и для создания посредством команды Таблица сгибов. Что касается таблиц, определяющих Допуск сгиба и Вычисление сгиба, то причиной ошибки является текст "Еди ницы измерения", присутствующий в ячейке А1 соответствующих файлов MS Excel. Замена его на текст "Единица измерения" устраняет проблему. Приме ром работоспособной таблицы является файл — metric bend allowance.xls, располагающийся по адресу Bend Tables /bend allowance.

О Настройки разрыва — множество кромок, присутствующих в призмати ческих телах, которые должны быть разделены в процессе построения развертки.

Изменить кнопка, после нажатия на которую меняется направление разделения в угле.

Зазор по умолчанию — опция, управляющая необходимостью назначе ния величины зазора отличного от того, который принят по умолчанию.

Второй подход к созданию объектов из листового использова ние специальных команд, которые предназначены исключительно для этих целей. Построение начинается с формирования эскиза, после чего подается команда Базовая которая "сообщает" системе, что объект должен будет подчиняться соответствующим правилам. Панель, содержащая поля, которые определяют исходные параметры детали, показана на рис. 8.18.

Оригинальными, относительно команды Сгибы, являются поля Толщина и Авто-снятие напряжения. Последнее поле управляет обработкой зон в углах детали.

Затем становятся доступны команды добавления специальных элементов листового металла в модель детали. Некоторые из них описаны в примерах настоящей главы.

Последний из алгоритмов — построения на базе Элемента по сечениям сги ба. Она применяется к двум, в общем случае, пространственным эскизам, со держащим незамкнутые гладкие кривые. В результате получается тело, ана логичное тому, как если бы поверхности, натянутой на эти два сечения, при дали бы толщину. Такая поверхность, будь она построена, являлась бы Листовой металл — развертки и заготовки линейчатой поверхностью с двумя направляющими. Примеры использования данной команды приведены в разд.

I*. J | j заданное 10.00мм J.

Настройки металла j 1.00мм Реверс 4.00мм сгиба Коэффициент К К.

J напряжения я Без зазоров Прямоугольный т ть Скругленный Рис. 8.18. Параметры команды Рис. Модель до преобразования ее Базовая в деталь из листового металла Независимо от того, как была построена деталь из листового металла, для отображения ее в плоском состоянии можно использовать команду Плоский.

Для этого есть и другие способы, например, команда Разогнуть позволяет выпрямить выбранные сгибы.

В качестве примера рассмотрим проектирование раструба, показанного на рис. 8.2. Если присмотреться к модели, то обнаружится не вполне корректная обработка кромок на концах сгибов — там появились выступы. В детали до применения к ней команд построения развертки (рис. 8.19) эти выступы от сутствуют. Нежелательны они и в результирующем объекте. Их, разумеется, можно ликвидировать, причем, при определенных условиях, развертка оста нется доступна.

Попытаемся найти алгоритм, который позволил бы после преобразования модели в деталь из листового металла сохранить верхнюю грань непрерыв ной. Источник проблем в предыдущей детали, как представляется, в том, что торцовые грани неперпендикулярны стенкам листа. Поэтому в процессе по 524 Глава строения развертки система разделяет их на несколько участков. Будем стро ить твердотельную модель на базе поверхностной. Создаем два незамкнутых сечения (рис. 8.20), а затем используем команду Поверхность по сечениям, результат выполнения которой показан на рис.

(-) Рис. 8.20. Эскизы для построения вспомогательной поверхности -) Рис. Вспомогательная поверхность Сопрягаем кромки поверхности скруглением постоянного радиуса (рис. 8.22), после чего придаем поверхности толщину (рис. 8.23).

Подаем команду Сгибы (рис. 8.24), используя одну из плоских граней в ка честве фиксированной. Коэффициент К оставляем равным 0,5, а радиус сгиба по умолчанию можно, в принципе, назначить любым. Однако желательно его взять большим, чем минимальный радиус скругления. Это предотвратит по явление незапланированных сгибов. Также следует отключить опцию Авто снятие напряжения, чтобы исключить вероятность появления вырезов в зо не углов.

Листовой металл — развертки и заготовки (SolidWorks, :

Рис. 8.22. Вспомогательная поверхность со сечениям Придать Рис. 8.23. Результат придания толщины поверхности Настройки сгиба Рис. 8.24. Заполнение панели Сгибы Объект после интерпретации его системой как детали из листового металла показан на рис. 8.26. Изменений в геометрии не произошло, т. е. результат соответствует ожиданиям. Развертку получаем по команде Плоский (рис. 8.25).

526 Глава В Придать т метал;

Плоское Рис. 8.25. Развертка детали кромки профиль Использовать умолчанию Длина заданное 7.0мм Рис. 8.26. Вставка первого элемента Ребро-кромка Настройки кромки Отсечь боковые сгибы Сместить Рис. 8.27. Вставка второго элемента Ребро-кромка Выполним в иллюстративных целях несколько других манипуляций с де талью. На рис. 8.26 показано, как вставляется элемент Ребро-кромка. Второй отгиб (рис. 8.27) строим с привязкой к первому, назначая параметр Длина Листовой металл — развертки и заготовки равным До вершины. Вставленные объекты не должны пересекаться между собой.

Завершаем работу с моделью, создадим элемент Каемка, замыкающий со единение (рис. 8.28). Его параметры также подбираем так, чтобы обеспечить некоторый зазор между новыми объектами и исходным телом.

Рис. 8.28. Создание элемента Каемка Результат выполнения команд, а также дерево построения показаны на рис. 8.29. Итоговая развертка приведена на рис. 8.30. Характерным в данном примере является то, что при создании детали последовательно применяются два алгоритма работы с листовым металлом. Первый — развертывание про странственной модели посредством команды Сгибы, ние команд, характерных для подхода, где работа начинается с элемента Базовая кромка.

ffl Придать Листовой металлЗ Плоское Согнутое состояниеЗ В Рис. 8.29. Создание элемента Каемка Завершая раздел, еще раз отметим, что мы рассмотрели весьма ограниченную часть возможностей SolidWorks для работы с листовым металлом. Эта функ 528 Глава вполне адекватно описана в документации. К сожалению, со держащиеся в поставке Таблицы сгибов содержат неточности (они описаны ранее), характеризуют абстрактные материалы или не заполнены, поэтому для практического использования неприменимы.

Рис. 8.30. Развертка детали с отгибами 8.3.2. BlankWorks После подключения BlankWorks как Добавления SolidWorks в меню SolidWorks появляется одноименный пункт. При его раскрытии возникают четыре команды (рис. Первые три из них продублированы в панели ин струментов BlankWorks (рис. 8.32). Рассмотрим назначение команд меню.

Analyze после подачи этой команды появляется па нель BlankWorks, в которой присутствуют следующие поля:

• Surface Selection (Выбор поверхности) — назначение поверхностей, для которых будет строиться развертка. Это могут быть как грани соб ственно поверхностей, так и грани твердого тела. Если в детали необ ходимо учесть все имеющиеся грани некоторой поверхности, то можно оставить поле пустым. Последнее справедливо, если другие присутст вующие в детали поверхности погашены. Программа может восприни мать и несшитые поверхности, однако для контроля отсутствия зазоров и перекрытия желательно иметь их сшитыми;

Analyze Report BlankWorks DB Shows the manager меню Рис. 8.31. Меню BlankWorks Рис. 8.32. Панель инструментов BlankWorks Листовой металл — развертки и заготовки BlankWorks) • Material type (Тип материала) — выбор марки материала из числа имеющихся в базе данных программы;

• Material Thickness (Толщина материала) — назначение толщины листа материала. Эта величина никак не связана с той информацией, которая может присутствовать в геометрической модели (если, например, де таль была построена как тонкостенная или "из листового • Forming Direction | Coordinate system (Направление формования | Система назначение системы координат, ось Z которой определяет направление штамповки. Если таковая не указана, в этом качестве будет использоваться ось Z системы координат модели.

Перед выводом панели BlankWorks (рис. 8.33) программа анализирует, была ли записана модель SolidWorks на диск — именно файл детали будет служить источником геометрической информации для BlankWorks (скорее всего, необходимые объекты будут Surface Selection преобразованы в формат IGES, после чего программа начнет их обрабатывать). В связи с этим необходимо после внесения изменений в модель SolidWorks сохра нить ее на диске.

Material type:

Direction Coordinate system:

Рис. 8.33. Панель BlankWorks Results — вывод развертки модели, прямоугольного листа ее описывающего, а также детали с распределением прогнозируемого утол щения/утонения.

Report (Отчет) — построение отчета в формате HTML. В него выводится картинка, идентичная отображаемой в качестве результатов, площадь за готовки, ее периметр и размеры минимального описывающего прямо угольника.

П Edit DB (Редактировать базу данных) — изменение базы данных по свой ствам материалов. Окно базы данных показано на рис. 8.34. В окне при сутствует множество характеристик. Реально в данной программе исполь зуются только две: п — коэффициент деформационного упрочнения (показатель степени полинома, аппроксимирующего кривую "напряже ние-деформация", определяемый, например, по стандарту ISO 10275, и коэффициент перпендикулярной анизотропии (Lankford coefficient), 530 Глава получающийся в результате испытаний по ISO Остальные парамет ры необходимы для программы FastForm, также разрабатываемой фирмой FTI и имеющей более развитую функциональность.

Materials DB — Current Materials in OB Material Property Values Al 3003- Al 3004- Name..

_ Al 5052- Thickness mm Al 5052-0 HF Al 5052-H 0. Al Al 6009-T 0. К MPa Al 6022-T CRCQ MPa CRDDQ CRDQ Uniform : Yield Stress CR-EG-DQ CR-EG-EDDQ HRCQ MPa, I I Рис. 8.34. Окно Materials DB Mesh Generation Г all holes Mesh | Beset Рис. 8.35. Окно Mesh Generation После нажатия кнопки OK панели появляется окно Mesh Generation (Создание сетки), в котором пользователь должен назначить па раметры, управляющие сеткой конечных элементов (рис. 8.35):

Minimum Size (Минимальный наименьший размер конечного элемента;

Maximum Size (Максимальный наибольший размер конечного элемента.

На фоне условностей и упрощений, присущих программе, проблема опти мизации сетки не является первостепенной. Как следует из анализа соста Листовой металл — развертки и заготовки ва меню, управление сеткой осуществляется только "в целом", локальное уплотнение/разуплотнение не допускается. Поэтому минимальный радиус следует подбирать, во-первых, из условия реализуемости сетки (если про грамме не удается ее построить, то эту величину рекомендуется умень шить), а во-вторых, исходя из потребностей получения удовлетворитель ной точности расчета. Здесь можно руководствоваться только здравым смыслом. Минимальный размер должен обеспечивать аппроксимацию наименьших дуг, как минимум, двумя-тремя элементами. Наибольший же размер следует назначать как максимального размера плоской грани. Как и во всех других программах, базирующихся на сеточных ап проксимациях, эмпирическую оценку точности можно получить, сравни вая результаты расчетов с различной плотностью сетки.

Fill all holes (Заполнить все отверстия) — в случае активизации данной опции программа пытается заполнить все имеющиеся в модели отверстия.

Эти действия осуществляются только на уровне сетки, не затрагивая базо вые поверхности. Следует отметить, что функция работает достаточно корректно. Заполнение программа, разумеется, выполняет по своей собст венной логике, создавая аппроксимацию, близкую к поверхности мини мальной площади. Если этот вариант пользователя не устраивает, то он должен "зашить" отверстия посредством инструментов SolidWorks. Функ ция holes имеет важное побочное действие. Иногда генератор сетки испытывает затруднения в построениях допускает ошибки в виде щелей.

Ручная корректировка сетки невозможна, поэтому активизация данной опции, даже при отсутствии отверстий в явном виде, помогает получить удовлетворительный результат.

Помимо картины пластических деформаций на фоне геометрической модели, программа создает две плоские поверхности. Первая имитирует заготовку, вторая — описывающий ее прямоугольный лист. Чертеж заготовки можно получить стандартными средствами SolidWorks, для чего нужно деталь "пе ренести" на лист, а затем на получившемся виде скрыть остальные объекты и поставить размеры. Можно поступить проще: удалить ненужные объекты.

Какая-либо связь между исходной моделью и результатами работы Blank Works отсутствует. Более того, при повторении расчета рекомендуется (но не обязательно) уничтожить "последствия" предыдущего анализа в виде двух поверхностей. Если необходимо учесть влияние технологических припусков, то их следует включить в поверхностную модель детали.

Поскольку в документации программы какие-либо сведения о теоретическом базисе, равно как и о пределах применимости, отсутствуют, то суждения можно выносить только на основе интерфейса и результатов расчета. По скольку программа не требует никакой информации об устройстве формооб разующих деталей штампа (пуансон, матрица), его вспомогательных элемен 532 Глава тов, а также параметров техпроцесса, то предел ее применимости — оценка размеров заготовки и первичный прогноз технологичности. Причем послед нее применимо, скорее всего, к технологическим процессам типа формовки, вытяжки, обжима. Если же предполагается обтяжка, ротационная мовка или вытяжка, какие-либо операции, связанные с локальным приложе нием давления, или же деталь получается более чем за один переход, то здесь программа может быть использована только для оценки формы заготовки.

Если же техпроцесс предполагает наличие технологических припусков, то их следует включать в модель детали. Заготовка, разумеется, будет получена с учетом этих припусков.

Разрыв металла можно предсказать исключительно по величине прогнози руемого утонения, а появление только по величине утолщения, безотносительно того, что происходит в зоне сжатия. Более того, если по средством получить заготовку для детали с поверхностью оди нарной кривизны, то ее длина — а также все остальные линейные и угловые размеры — будут равны соответствующим размерам на "готовой" детали.

Этот свидетельствует о том, что программа использует конеч ные элементы, которые не воспринимают изгиб.

Данные ограничения в значительной степени снимают программы FastForm и FastForm Advanced, также разработанные фирмой FTI. Они учитывают осо бенности конкретных технологических процессов в значительно большей степени. Существуют также варианты этих продуктов, интегрированные в среду Catia — и CatStamp.

8.4. Получение заготовки рычага Рассмотрим задачу получения заготовки для детали, которая имеет твердо тельное представление. Она была спроектирована в некотором графическом редакторе, а затем импортирована в SolidWorks без истории построения. Раз вертка объекта не может быть получена интегрированными инструментами базовой программы, поэтому необходимо использовать специальное прило жение.

Постановка задачи Предыдущие примеры функционирования программы базировались на моде лях, при построении которых предполагалось использование BlankWorks или аналога. Эти модели строились в виде поверхностей, которые не имели гео метрических неоднозначностей, коротких кромок, узких граней, т. е. могли быть гарантированно аппроксимированы конечными элементами оболочек.

Организационно такой подход предполагает независимую работу конструк Листовой металл — развертки и заготовки тора оснастки, когда он, по сути, воссоздает геометрию объекта на базе чер тежа или модели, взятых у проектировщика изделия. Надо сказать, что суще ствующая на заводах практика, в общем, соответствует этой схеме. Если брать простые изделия, то она вполне приемлема — здесь легче все постро ить "с нуля", гарантируя пригодность модели для технологических приложе ний. Для изделий со сложной формой этот путь не всегда удобен. Во-первых, велика трудоемкость, а также присутствует вероятность появления ошибок.

Они могут возникнуть на любом шаге последовательности: модель детали конструкторская чертеж детали модель детали технологическая мо дель оснастки чертеж оснастки. Есть варианты, когда технологическую модель попросту нельзя воспроизвести по чертежу (присутствуют сплайно поверхности, поверхности свободной формы и т. д.), а также в ситуации, когда чертежа попросту нет.

К сожалению, доступность модели изделия не гарантирует легкую жизнь инструментальщику. Наглядный пример показан на рис. 8.36.

Не слишком сложный, на первый взгляд, рычаг, спроектирован так, что кон структору штампа (деталь должна изготавливаться из листа) перед началом основной его работы придется исправить немало ошибок. Модель, допуская (с известными уловками) оформление конструкторской документации, весь ма неудачна для следующих этапов жизненного цикла. Мы не будем касаться вероятных проблем, связанных с неудовлетворительной технологичностью отдельных ее элементов, а также затрагивать смежные вопросы, касающиеся обеспечения точности. Это субъект деятельности технологических про граммных продуктов. Остановимся на простейшей из задач: получить заго товку для штамповки.

Рис. 8.36. Твердотельная модель рычага 8.4.2. Анализ Проблемные места, которые не дают возможности "с ходу" построить сре динную поверхностную модель, изображены на рис. 8.37. На рисунке слева показана зона, порождающая неоднозначность создания этой модели. Эта 534 неоднозначность есть следствие более серьезных проблем, связанных с тех нологической реализуемостью (или, точнее, нереализуемостью) подобных элементов. Рисунок в середине свидетельствует о еще более грубой ошиб ке — неправильна сама твердотельная модель. И наконец, рисунок справа. На нем показан участок наружной (выпуклой) поверхности детали. Видна узкая грань, которая с высокой вероятностью создаст проблемы при попытке по строить срединную поверхность и, если это все-таки получится, в ходе раз биения на конечные элементы.

Рис. 8.37. Зоны, порождающие проблемы при реализации поверхностного представления Приступая к действиям, предположим, что последовательность операций по изготовлению детали подразумевает выполнение отверстий и просечек на уже согнутой заготовке.

8.4.3. Подготовка поверхностной модели Геометрия детали весьма сложная, поэтому искомую срединную поверхность посредством команды SolidWorks Промежуточная поверхность нереально. Используем команду Эквидистанта к поверхности, используя в качестве источника внутреннюю или наружную поверхности детали. Смеща ем, разумеется, только те поверхности, которые нужны для получения заго товки без отверстий. Как и следовало ожидать, получение на базе принадлежащих наружной (выпуклой) поверхности, невозмож но. Причина — уничтожение в процессе смещения узких граней при отсутст вии системы автоматического восстановления геометрии. Попытка сместить внутренние грани на расстояние, равное половине толщины листа, оказыва ется успешной. На рис. 8.38 показана получившаяся поверхность. На ней от сутствуют грани, соответствующие проблемным зонам твердотельного пред ставления. Они исключены по двум причинам: принципиальной невозможно сти получить их, а также технологической нереализуемости объекта.

Для удаления тонкого "отростка" возле прямоугольного отверстия сначала командой Линия разъема выделяем его в отдельную грань (фрагмент в цен тре на рис. 8.38), а затем эту грань удаляем (команда Грань | Удалить).

Листовой металл — развертки и заготовки BlankWorks) Рис. 8.38. Результат построения поверхности к внутренней части детали Следующий шаг — заполнение отверстий. Для этого есть, как минимум, два инструмента: первый — команда Заполнить поверхность, второй — коман да Не отсекать часть поверхности. В данной ситуации результаты будут тождественны, однако для криволинейных поверхностей последний вариант более употребителен, поскольку он, по сути, восстанавливает исходную по верхность, используя ее внутреннее представление. Результат выполнения операции показан на рис. 8.39. Получить его можно за одно обращение к команде, указывая все кромки всех заполняемых отверстий.

Рис. 8.39. Заполнение отверстий В отсутствие чертежа или другой документации источником информации о вертикальных размерах могут быть только поверхности, взятые с твердо тельной модели. Получаем их копии как с нулевым смещением (рис. 8.40).

Рис. 8.40. Выделение "ограничителей" в направлении вертикали Глава Получили вполне ожидаемый недочет: ограничивающая поверхность не сты куется с уже построенной. "Терапевтических" инструментов для ее удлине ния без нарушения содержания изделия нет никаких. Поэтому начинаем "хи рургические" манипуляции. Удаляем нижнюю грань ограничивающей поло сы — она препятствует созданию связи между этой полосой и искомой поверхностью (полоса, расположенная слева, на рис. а затем связываем оставшуюся часть полосы с основной поверхностью. Для этого используем команду Поверхность по сечениям с выбором для опции Начальные/ко нечные ограничения значения Касательность к грани или Кривизна к грани.

Для правой полосы результат показан на рис. 8.41. Отметим, что эти опера ции создали отличия между базовым объектом и его моделью.

Рис. 8.41. Модификация ограничивающей После стыковки граней стали очевидны проблемы, связанные с неоднознач ностью перехода от твердотельного представления к поверхностному. Пред полагаем, что наружный контур плоской грани в зоне конца гиба является сплайном, один из концов которого связан сопряжением Касательность с ли нией, по которой сопрягаются плоская и криволинейная поверхности. Создаем на плоской поверхности эскиз, две стороны которого совпадают с кромками этой поверхности, а третья — сплайн. На базе этого эскиза строим плоскую поверхность (рис. 8.42), которую затем сшиваем с имеющимся объектом (рис. 8.43).

Рис. 8.42. Создание Рис. 8.43. Превращение двух поверхностей плоской поверхности в монолитную Создаем заплату, соединяющую две кромки. Используем команду Поверх ность по сечениям с сохранением касательности с поверхностями, которым Листовой металл — развертки и заготовки эти кромки принадлежат (рис. 8.44). Подбирая величину параметра Закон чить касание | Длина, добиваемся приемлемой формы поверхности. Надо сказать, что сохранение касательности при сопряжении с плоской поверх ностью по всей длине кромки не достигнуто.

Рис. 8.44. Создание заплаты Рис. 8.45. Продление заплаты Полученная заплата на одном из участков выходит за пределы ограничиваю щей полосы, а на другом — не примыкает к ней. Командой Удлинить выво дим кромку за пределы ограничивающей поверхности (рис. 8.45).

На этом шаге потребуется ограничивающая поверхность, построенная ранее.

Используем ее как ножницы для ликвидации "излишков" в команде Отсечь (рис. 8.46), а затем скрываем ее или удаляем командой Грань | Удалить.

Рис. 8.46. Отсечение излишков на заплате Неожиданным следствием этой операции стало отсечение "полезного" участ ка поверхности. Поскольку он плоский, то восстанавливаем его аналогично тому, как это делалось ранее (см. рис. 8.42), а затем подшиваем к базовой по верхности (рис. 8.47 и 8.48).

Рис. 8.48. Результат слияния поверхностей Рис. 8.47. Создание плоского участка поверхности 538 Глава Проделав аналогичные операции для противоположной стороны объекта, по лучаем поверхностную модель рычага (рис. 8.49 и 8.50), которая пригодна для анализа Рис. 8.49. модель рычага — восстановленная часть Рис. 8.50. Поверхностная модель рычага 8.4.4. Решение Имея поверхностную модель, удостоверимся, что деталь аппроксимирована единственным объектом. Для облегчения работы все остальные удаляем: наилучший инструмент для этого — команда Удалить тело, вызы ваемая из контекстного меню папки Тела поверхности в Дереве конструиро вания SolidWorks. Также не забываем проконтролировать факт того, чтобы ось Z исходной системы координат была направлена вдоль траектории штам па. Если это не так, то создаем локальную систему координат, удовлетво ряющую этому требованию.

Последовательность дальнейших операций вполне очевидна:

О подача команды Analyze в выбор материала;

назначение толщины;

О выбор системы координат, определяющей направление движения штампа;

Листовой металл — и заготовки BlankWorks) выбор обрабатываемых поверхностей, но поскольку все они сведены к единственной, то можно в процессе диалога активизировать опцию АН Bodies (Все тела);

назначение минимального и максимального размера элемента сетки (же лательно, чтобы вдоль каждой из криволинейных образующих располага лось не менее чем элемента;

создание сетки (результат показан на рис. причем для страховки можно активизировать опцию Fill all holes (Заполнить все отверстия);

визуальный контроль сетки;

решение.

Рис. 8.51. Сетка на модели Рис. 8.52. Заготовка листа и распределение деформаций Результаты расчета: заготовка, а также оценка утолщения/утонения показаны на рис. 8.52. Из-за того что в программе нельзя настраивать палитру цветов на диаграмме, то зоны утолщения и утонения на иллюстрации показаны оди наково темным цветом. Утолщения локализованы в зоне изгиба рычага на краях отгибов. Это свидетельствует об опасности появления гофров. Утоне ния располагаются на вогнутых поверхностях двойной кривизны. Такое яв Глава ление чревато вероятностью разрыва, но для данной детали это, по всей ви димости, некритично.

8.4.5. Выводы Рассмотренная задача относится к категории тех, которые зримо демонстри руют эффективность программ класса BlankWorks. Построение заготовки вручную связано с большим количеством неоднозначностей. Компьютер же — при существовании корректной поверхностной модели решает зада чу в течение нескольких минут. Последовательность "твердое тело по верхность" для проектирования оснастки может быть приемлема, только если конструктор изделия не забывает о его технологической реализуемости. Надо сказать, что процедуры SolidWorks для работы с листовым материалом уст роены так, что она в значительной степени гарантируется. Эти же функции позволяют получить и заготовку листа, но только для поверхностей одинар ной кривизны. Если точная развертка невозможна, то на выходе имеем твер дотельный объект, способность которого быть развернутым всецело зависит от квалификации конструктора. Поэтому на практике этапы реализации про екта таковы: плоская заготовка штампованный объект развертка этого объекта внесение изменений в заготовку Как оказалось, наиболее трудоемкой операцией при использовании програм мы BlankWorks является получение подходящей поверхностной модели.

В связи с этим было бы разумно сделать первичным именно это ее представ ление с последующим получением твердого тела. Такой алгоритм, однако, требует решения организационных вопросов, поскольку конечная цель кон структора — чертежи, а поверхностная модель только промежуточный и не всегда обязательный этап.

8.5. Выводы Мы проанализировали два подхода к построению заготовок деталей из лис тового металла. использование базовых инструментов SolidWorks для обработки объектов, имеющих точные или приближенные развертки. Это призматические детали или объекты на базе поверхностей одинарной кри визны. Здесь функциональности SolidWorks вполне достаточно для решения абсолютного большинства реальных задач. Более того, если оказывается, что развертку построить невозможно, то причиной является технологическая не реализуемость детали. Для работы с поверхностями двойной кривизны сле дует применять программу BlankWorks или одну из родственных ей, но имеющую более продвинутые возможности. И тот и другой варианты требу ют знания адекватных характеристик материала. Это позволит получить про гноз размеров заготовки с наибольшей точностью.

Листовой металл — развертки и заготовки BlankWorks) Известны также программы, позволяющие реализовать обе из этих ме тодик. Одним из примеров является приложение Logopress (http:// www.Iogopress3.com). Основное его предназначение — проектирование штамповой оснастки, однако в нем также присутствуют функции построения точных и условных разверток. Причем исходная модель может иметь как твердотельное, так и поверхностное представление. Допускается использо вать функциональность, предназначенную для обработки точно развертывае мых объектов, для обработки деталей, образованных совокупностью плоских элементов листа, но содержащих ребра, другие элементы, де лающие неприменимыми стандартные функции SolidWorks. В такой ситуа ции пользователь должен выделить такие конструктивные элементы, а затем указать системе, что они исключаются из рассмотрения. Важной особен ностью программы является способность обрабатывать объекты, импортиро ванные в SolidWorks без сохранения семантики (дерева построения), из дру гих программ пространственного моделирования. Имеющаяся функциональ ность позволяет восстановить заготовку с минимальной трудоемкостью.

ГЛАВА Светотехнический анализ и проектирование (TracePro, ReflectorCAD) В главе рассматриваются программные продукты для светотехнического ана лиза — TracePro (рис. и для проектирования отражателей — ReflectorCAD.

Акцент сделан на анализе возможностей продуктов, наиболее востребован ных в инженерной практике.

I About TracePro TracePro® • 3.2.4 Release 1995 - 2004 Corp.

License Expires System : Physical Memory: 785904 Virtual Memory: Available Physical Memory: KB Free on C:

of are owned Spatial Corp. © - 2004. Rights Reserved.

Grid Chris Maunder OK Рис. Информационная панель TracePro 9.1. Назначение Программное обеспечение для моделирования оптических явлений и объек тов не слишком часто фигурирует в технических и компьютерных изданиях.

С одной стороны, это объясняется недостаточной востребованностью соот ветствующих инструментов — оптическая и светотехническая промышлен ность практически не развиваются. Кроме того, в отличие от требований, на пример, к механическим или тепловым характеристикам, которые определя Светотехнический анализ и проектирование (TracePro, ют функциональность объектов, запросы к светотехническим параметрам не всегда формулируются строго, а, будучи сформулированы, нередко наруша ются. Например, если внимательно к бытовым осветительным приборам, можно обнаружить примеры весьма неудачных проектов: низкий КПД, неравномерность светового потока, локальный перегрев. В качестве компенсации потребителю предлагается причудливый дизайн, который и служит основным критерием для выбора. После установки прибора возникает ощущение дискомфорта, формализовать которое очень трудно. Аналогичная ситуация в автомобилестроении: динамика, тормозной путь — объективные востребованные характеристики, качество же подсветки панели приборов — то, на что внимание обращают только после покупки. То же, кстати, касается системы отопления и вентиляции. Базовые технические требования в прин ципе соблюдены, но ощущение комфорта отсутствует. В автомобильной промышленности у ведущих производителей программное обеспечение для светотехники по значимости стоит на том же уровне, как для динамики и прочности.

Еще один фактор, сдерживающий "потребление" данного типа программ, — банальная неосведомленность об их наличии и функциональности. Разработ ки последних пяти-семи лет практически не осваиваются в высшей школе — их не было тогда, когда училось и активно работало поколение современных преподавателей.

По функциональности оптические программы можно разделить на несколько групп:

инструменты для проектирования и расчета детерминированных оптиче ских систем (Straight ray analysis — анализ методом прямых лучей). К ним относятся объективы фотоаппаратов, телескопы, бинокли и т. д. Здесь мо жет быть предсказана траектория каждого светового луча. Одновременно осуществляется управление любым световым лучом;

О программы для расчета оптических систем, где предсказать ход луча не возможно. В английской терминологии этот процесс называется Non sequential ray tracing — непоследовательная трассировка лучей;

программы для проектирования светотехники, понимаемой как недетер минированная оптическая система (светильники, автомобильные фары и фонари);

П средства для обработки результатов оптических измерений, подготовки математических моделей источников света.

Первый и последний пункты лежат вне пределов данной книги. Эти задачи интересуют весьма узкий круг специалистов, требуя сугубо специальных знаний. Мы же рассмотрим две программы: разработку фирмы 544 Lambda Research Corporation, (http://www.lambdares.com), и — разработку Breault Research Organization, Inc. (http://www.breault.com). Еще один весьма совершенный инструмент проектирования светотехники Lucid Shape заслуживает отдельного анализа (http://www.brandenburg-gmbh.de).

9.2. Теоретическая база — универсальная программа, способная моделировать крайне ши рокий круг явлений и объектов. Исчерпывающее теоретическое описание, сопровождаемое адекватным набором примеров, потребовало бы специаль ной монографии. Только руководство пользователя занимает более трехсот страниц. И это при отсутствии примеров реальных задач. Поэтому ограни чимся изложением того материала, который позволит осознанно ставить и — на инженерном уровне — решать актуальные проблемы, не требуя навыков научного исследования. Граница, которая разделяет эти то, чем отличаются задачи геометрической и волновой оптики. Последняя исследует явления интерференции, дифракции, поляризации, других видов зависимости оптических параметров от длины волны. Мы полностью исключим эти мо менты из рассмотрения, ограничившись соответствующих функций программы. Принципиальные вопросы функционирования свето технических программ были изложены в разд. 2.4.

Изложим базовые понятия светотехники, необходимые для оценки функцио нальности программы. Конкретные факты, связанные с работой процедур, будут сопровождать описание элементов интерфейса.

Сила света в заданном направлении — это световой поток от источника, за ключенный в малом телесном угле. Единица измерения — кандела или cd). Также для измерения силы света используется 1 = 1,0005 кд.

Световой поток — это энергия, излучаемая источником в видимом диапазо не длин волн. Единица измерения светового потока — люмен (лм или 1т).

Это поток, который излучается источником с силой света 1 кд в телесном уг ле 1 стерадиан (далее — ср). Световой поток — основная характеристика ис точника света.

Освещенность — отношение суммарного потока, упавшего на некоторую поверхность, к площади этой поверхности. Единица измерения освещенно сти — люкс (лк или lux). Это освещенность такой поверхности, на каждый квадратный метр которой равномерно падает поток в 1 лм.

Яркость — это отношение силы света элемента поверхности в заданном на правлении к площади его проекции на плоскость, перпендикулярную этому направлению. Единица измерения яркости — Это яркость поверхности, Светотехнический анализ и проектирование (TracePro, которая в перпендикулярном направлении излучает силу света 1 с Также для измерения яркости используется нит — 1 нит = Светимость — это отношение потока источника к площади источника. Еди ница измерения — лм/м. Это светимость такой поверхности, которая излуча ет с 1 м световой поток равный 1 лм.

Иногда для описания оптических процессов используются энергетические величины. Перечислим некоторые из них.

Поток излучения — величина энергии, переносимой полем в единицу време ни через заданную площадку. Единица измерения — Вт.

Поверхностная плотность потока энергии (Энергетическая освещенность при освещении поверхности потоком) — величина потока, приходящегося на единицу площади. Единица измерения — Энергетическая яркость — величина потока, излучаемого единицей площа ди в единицу телесного угла. Единица измерения энергетической яркости — Плоский ламбертовский излучатель — источник, диаграмма распределения силы света которого имеет вид окружности (рис. 9.2). Этот тип излучения, как правило, используется для моделирования излучения нитью накаливания, поверхностью люминесцентных ламп и т. д.

N Рис. 9.3. Сферический Рис. 9.2. Плоский ламбертовский излучатель ламбертовский излучатель Сферический ламбертовский излучатель — источник, распределение силы света которого одинаково во всех направлениях (рис. 9.3). Этот тип излуче ния, как правило, используется для моделирования излучения, порождаемого нитью накаливания, поверхностью люминесцентной лампы и т. д.

Угол это угол между лучом, падающим на преломляющую или отражающую поверхность, и нормалью к поверхности в точке падения.

Угол преломления — это угол между преломленным лучом и нормалью к по верхности в точке преломления.

546 Угол отражения — это угол между отраженным лучом и нормалью к по верхности в точке отражения.

Закон преломления — падающий луч, преломленный луч и нормаль к поверх ности лежат в одной плоскости;

произведение показателя преломления на синус угла между лучом и нормалью сохраняет свое значение при переходе в следующую среду.

Полное внутреннее отражение — при переходе луча из одной прозрачной среды в другую часть энергии пропускается, а другая — отражается;

если свет переходит из оптически более плотной среды в менее плотную, и если синус угла падения больше или равен отношению коэффициента преломле ния среды, в которую луч попадает, к коэффициенту преломления среды, из которой он идет, то весь световой поток отражается.

Оптическая длина произведение показателя преломления на геомет рическую длину пути.

Световой поток, падающий на тело, можно разделить на три составные части:

отраженный, поглощенный и прошедший.

Коэффициент отношение отраженного светового потока к падающему.

поглощения — отношение поглощенного светового потока к падающему.

Коэффициент отношение прошедшего светового потока к падающему.

моделирует не только эффекты зеркального отражения, преломле ния и пропускания, но и рассеяние при взаимодействии света с поверх ностью. На рис. 9.4 показана геометрическая модель, соответствующая само му общему случаю. Падающий на поверхность прозрачного тела световой поток разделяется на пять составляющих:

О поглощенную (она на рисунке не показана);

О зеркально отраженную;

преломленную;

О отраженную в рассеянном виде;

О прошедшую внутрь тела в рассеянном виде.

Распределением рассеянного света управляет BSDF — Bidirectional Scattering Distribution Function (Двунаправленная функция распределения рассеяния).

Это отношение величины энергетической яркости L, излучаемой поверх ностью в некоторый телесный угол, к величине энергетической освещен Светотехнический анализ и проектирование ности Е, породившей эту яркость. При этом как направление потока энергии, создающего освещенность, так и направление, относительно которого изме ряется яркость, определяются двумя углами в сферических координатах:

Единица измерения Рис. 9.4. Взаимодействие светового потока с поверхностью прозрачного тепа (аксонометрическая и ортогональная проекции) Поскольку явлений рассеяния при взаимодействии с поверхностью может быть три: при отражении от поверхности, при прохождении через поверх ность и при дифракции (это явление мы рассматривать не будем), то факти чески необходимо иметь дело с тремя типами распределений:

(Bidirectional Reflectance Distribution двунаправленная функция распределения рассеяния при отражении;

BTDF (Bidirectional Distribution Function) — двунаправлен ная функция распределения рассеяния при пропускании;

BDDF (Bidirectional Diffraction Distribution двунаправленная функция распределения рассеяния при дифракции.

Для BSDF в TracePro предусмотрены различные типы зависимостей, в част ности, для изотропных и анизотропных поверхностей. Однако чем более "точной" является оптическая модель, тем на большее число эксперимен тальных параметров она опирается. Поэтому в реальных задачах светотехни ки используется только модель ABg, описываемая зависимостью вида:

А + I. I Дерево проекта (аналог дерево конструирования) TracePro функционально схоже с проводником Windows. По умолчанию оно распола гается слева (рис. 9.6), однако подбором настроек его можно перенести впра во. Размеры областей, занимаемых деревом и моделью, можно изменять пе ремещением разделительной полосы. Дерево содержит объекты, присутст вующие в модели, образуя иерархическую структуру в том смысле, что объекты делятся на родителей и потомков. Но уровней всего два: первый — объекты, содержащие поверхности;

второй — поверхности. В нижней части ветви, соответствующей объекту или поверхности, показаны назначенные им свойства. Операции в дереве являются вполне традиционными: можно пере именовывать, скрывать, удалять объекты. Переупорядочивать, создавать но вые, копировать посредством совместно нажатой клавиши и левой Глава Здесь и — проекции на плоскость раздела сред единичных векторов, направленных вдоль идеально отраженного луча и в направлении, в котором идет рассеянный луч (рис. 9.5).

Глава кнопки мыши нельзя. В отличие от проводника Windows, имена в пределах одного уровня могут дублироваться.

Принципиальным отличием структуры данных от SolidWorks явля ется отсутствие иерархии объектов. Это значит, что объект, будучи создан, теряет какую-либо связь с остальными. Это происходит, даже если он полу чен копированием имеющегося. Соответственно уничтожение элемента структуры никак не влияет на то, что остается.

552 Глава Рис. 9.7. Панель File Содержимое панели File Кнопка Ярлык Функция New Новый Создание нового документа и Open Открыть Открытие существующего документа Save Сохранить Сохранение активного документа Print Печать Печать активного документа Рис. 9.8. Панель Edit Таблица 9.2. Содержимое панели Edit Кнопка Ярлык Функция Cut Вырезать Вырезает выбранный объект и а помещает его в буфер обмена Сору Копировать Копирует выбранный объект с н помещением его в буфер обмена Paste Вставить Вставляет содержимое Светотехнический анализ и проектирование (TracePro, ReflectorCAD) Таблица 9.2 (окончание) Кнопка Ярлык Функция Select object Выбрать объект Активизация процесса выбора объектов Select surface Выбрать Активизация процесса выбора поверхность поверхностей Edit Notes Редактировать Активизация редактора заметок [Ж] заметки Рис. 9.9. Панель View Таблица 9.3. Содержимое панели View Кнопка Ярлык Функция Zoom in Увеличить Увеличение активного вида Zoom out Уменьшить Уменьшение активного вида Zoom view with Увеличить Масштабирование выбранной mouse window в размер рамки области с помощью граничной рамки Zoom All Масштабировать Изменение масштаба всех объек в размер окна тов в размер окна Zoom Увеличить Изменение масштаба выбранных to selected выбранные объектов в размер окна objects объекты Zoom to cursor Увеличить/ Изменение масштаба вида при в Уменьшить вид перетаскивании указателя мыши Named Views Именованные Выбор и создание видов модели виды Previous View Предыдущий Вызов предыдущего вида Pan Cursor Перемещать Прокручивает вид при движении указателя XY View Поворот модели в ориентацию вида параллельно плоскости XY 554 Глава Таблица 9.3 (окончание) Кнопка Ярлык Функция YZ View Поворот модели в ориентацию вида параллельно плоскости YZ XZ View Поворот модели в ориентацию I вида параллельно плоскости XZ ZY View Поворот модели в ориентацию а вида параллельно плоскости YZ сзади ZX View Поворот модели в ориентацию а вида параллельно плоскости XZ сзади View isometric Изометрия 1 Изометрический вид, ориентация profile View isometric Изометрия 2 Изометрический вид, ориентация profile Orbit View Вращать вид Вращение вида перемещением указателя Рис. 9.10. Панель Insert Таблица 9.4. Содержимое панели Insert Кнопка Ярлык Функция Insert Lens Вставить линзу Вставка объекта Линза Element Insert Reflector Вставить рефлектор Вставка объекта Отражатель Insert Tube Вставить трубу Вставка объекта Труба Insert Baffle Вставить Вставка тонкостенного конуса а Vane отражающий конус Insert Part Вставить объект Вставка объекта и файла с расширением sat или Draw Cylinder Начертить цилиндр Вставка цилиндра с параметра ми, определяемыми положени ем курсора Светотехнический анализ и проектирование (TracePro, Таблица 9.4 (окончание) Кнопка Ярлык Функция Draw Block Начертить призму Вставка призмы с параметрами, • определяемыми курсором Draw Sphere Начертить сферу Вставка сферы с параметрами, определяемыми курсором Draw Cone Начертить конус Вставка конуса с параметрами, определяемыми курсором Analysis Рис. Панель Analysis Таблица 9.5. Содержимое панели Analysis Кнопка Ярлык Функция Grid Trace Трассировка Трассировка лучей Ш по сетке с расположением их на сетке Source Trace Трассировка Трассировка лучей, испускаемых от источника источником Reverse Trace Обратная Трассировка лучей от поверхно трассировка стей, обозначенных как Exit Surface (Поверхность выхода) к источникам света Ray Histories Истории лучей Вывод таблицы с информацией m о траектории каждого луча Incident Ray Таблица Вывод таблицы лучей, входящих Table входящих лучей в поверхность Irradiance Диаграммы Отображение диаграммы осве • ш maps освещенности щенности выбранной поверхности Polar Полярная Отображение диаграммы изокан и диаграмма дел в полярных координатах изокандел Polar Candela Сила света Отображение диаграммы Distribution в полярных распределения силы света координатах в полярных координатах Rectangular Сила света Отображение диаграммы распре и Candela в ортогональных деления силы света в ортого нальных координатах Distribution координатах Глава Рис. 9.12. Панель Tools Таблица 9.6. Содержимое панели Tools Кнопка Ярлык Функция Audit Проверка Анализ модели на предмет корректности данных Measure Измерить Измерение расстояний и углов geometry геометрию для геометрических объектов Рис. 9.13. Панель Windows Таблица 9.7. Содержимое панели Кнопка Ярлык Функция New Window Новое окно Открыть новое окно для активного т документа Cascade Окна каскадом Отображение окон каскадом Window Tile Horizontal Отобразить Отображение окон сверху вниз в] сверху вниз без перекрытия Tile Vertical Отобразить Отображение окон слева направо т слева направо без перекрытия Рис. 9.14. Панель Help Таблица 9.8. Содержимое панели Help Кнопка Ярлык Функция About О программе Информация о программе, версии и авторских правах, доступ к лицензии Help Справка Вывод справки при указании на кнопки, т меню и окна Светотехнический анализ и проектирование ReflectorCAD) Здесь мы не будем описывать функциональность команд. Те, которые при сущи исключительно TracePro, будут подробно рассмотрены. Смысл других, в частности входящих в панели File, View, Windows, Help, будет разъяснен далее.

9.4. Функциональные возможности В данном разделе будут рассмотрены возможности программы в привязке к структуре меню. Мы сосредоточимся на той части возможностей, которые определяют функциональность программы как инструмента оптического анализа. Информация о командах, которые являются типовыми для Windows приложений, будет ограничена их упоминанием. Определенная часть воз можностей программы связана с созданием и модификацией геометрических моделей. Их можно классифицировать по степени уникальности относитель но соответствующих процедур универсальных CAD-систем. Те операции, которые в SolidWorks и аналогах выполняются более эффективно, мы будем описывать достаточно поверхностно, полагаясь на то, что читатель знаком с базовой системой проектирования. Если же создаваемый объект специфичен по функциональности, например это линза или концентратор, то информация будет более подробной.

Меню File Меню File (Файл) показано на рис. Команды New (Создать), Open (От крыть), Close (Закрыть), Close All (Закрыть все), Print (Печать), Print Preview (Предварительный просмотр), Print Setup (Настройка печати), Send (Отправить) тождественны одноименным из распространенных CAD-систем.

Разберем те из них, которые оригинальны относительно других программ.

Open (Открыть) Открывает файл с моделью. Если предыдущее сохранение осуществлялось вместе с траекториями лучей (см. опцию Save Ray Data), то программа дела ет попытку загрузить эти траектории, взяв их из каталога модели. В случае неудачи выводится диалоговое окно с предложением указать путь к файлу.

As (Сохранить Сохранение текущего активного документа в заданном формате. Такими объ ектами могут быть не только оптические (разумеется, в совокупности с гео метрией) модели, но и Candela Maps (Диаграммы изокандел), Irradiance Maps (Диаграммы освещенности), Reports and Ray Histories (Отчеты и 558 Глава File истории лучей), Incident Ray Tables (Таблица входящих лучей). Оптическая модель может Open...

быть сохранена в форматах:

Close All TracePro (Optical Modeling Language), базирующийся на формате ACIS;

Save ACIS SAT;

Save Copy у Save Ray Data IGES;

Export STEP;

Print Preview О Bitmap;

Print П Metafile.

Merge...

3 Сборка 4 Сборка Exit Рис. 9.1S. Меню File Естественно, что пространственное представление геометрических объектов может существовать только в первых четырех форматах. При этом назначен ные объектам оптические характеристики сохраняются исключительно в представлениях OML и SAT, а результаты расчетов только в "родном" фор мате TracePro. Отсюда следует еще одно применение функции Save As: если модель собрана в формате SAT, то для записи совместно с результатами сле дует преобразовать ее в формат OML. Особенности графических интерфей сов для передачи твердотельной и поверхностной информации приведены в Способы использования других форматов, за исключением использованных для формирования таблицы входящих лучей (см. разд. 9.4.6 и 9.6.2) вполне очевидны и, в общем, какой-либо принципиально важной функциональности не имеют.

Save As (Сохранить копию как) Принципиальные отличия от предыдущей команды состоят в том, что она действует только для геометрической информации, а также что текущая мо дель остается активной.

Ray Data (Сохранить информацию о лучах) По сути является опцией, которая может быть активна или нет. Если флажок установлен, то при сохранении модели после расчета будут также сохранены Светотехнический анализ и проектирование (TracePro, траектории лучей и, соответственно, результаты расчета. Доступ к последним возможен только при наличии траекторий. Это значит, что при выводе каких либо результатов в виде таблиц и диаграмм программа обрабатывает резуль таты заново.

Сохранение лучей возможно, только если расчет производился в режиме Analysis Mode (Режим анализа). Соответственно Simulation Mode (Режим си муляции) подразумевает потерю результатов после выгрузки файла. Про грамма записывает информацию о лучах в файл, одноименный с файлом мо дели, но с расширением ray или, для последних версий — который по мещается в тот же каталог.

Export Rays (Экспортировать лучи) Экспортирует лучи в форматах STEP. Эта операция может быть выполнена только для лучей, достигших некоторой поверхности. Для этого нужно эту поверхность активизировать, используя для например, Де рево проекта. Затем командой Ray Sorting меню Analysis отобразить дос тигшие ее лучи, после чего подать команду Export Rays. В диалоговом окне Сохранить копию следует выбрать формат данных. Если используется ACIS или STEP, то при считывании в Works каждый луч будет помещен в от дельную деталь. Понятно, что сотни и тысячи лучей породят соответствую щее число файлов (размер каждого составит около 35 Кбайт), и обработка сборки, включающей все эти детали, будет весьма проблематична. Если же лучи сохранены в то восстановление произойдет в одну де таль. В процессе чтения данных в SolidWorks можно выбрать формирование лучей как кривых или трехмерных эскизов. Для этого в окне SolidWorks Па раметры импорта нужно активизировать опцию Импортировать как 3D или Импортировать как соответственно. Последующие действия программы подчиняются следующим закономерностям:

если обмен осуществляется посредством ACIS или STEP, то каждый луч, как упоминалось, будет помещен в отдельную деталь. При этом, если его траектория состоит из отдельных участков (имело отражение или преломление), то вариантов два: каждый из отрезков будет представлен отдельной Импортированной кривой или же все они будут помещены в единый Трехмерный эскиз;

если передача происходит через то или каждый отрезок каждого луча станет Импортированной кривой, или же все будет собрано в единый Трехмерный эскиз.

Нужно отметить, что даже если лучи представлены Импортированными кри выми, они все равно остаются прямыми линиями, и к ним применимы все манипуляции SolidWorks, предназначенные для линий.

560 Глава Merge К текущей активной модели присоединяет модели из оптических, в том числе линзовых CAD-систем, хранимые в соответствующих форматах, а также модели в формате ACIS. После подачи команды выводится диалого вое окно, в котором можно задать ориентацию и положение импортируемой модели относительно текущей. После выполнения операции ассоциативная связь между моделью-источником и местом ее вставки теряется. Практиче ское значение данная опция имеет при импорте оптических систем, сформи рованных в линзовых редакторах типа OSLO или ZEMAX, когда можно ми нимальными усилиями обеспечить совпадение систем координат ТгасеРго и соответствующей системы.

9.4.2. Меню Edit Меню Edit (Редактировать) показано на рис. 9.16. Команды Undo (Отме нить), Redo (Выполнить повторно), Сору (Копировать), Paste (Вставить), Delete (Удалить), Clear All (Очистить все) по форме и содержанию вполне Рассмотрим специфические функции ТгасеРго.

Surface - Select All Cut Ctrl+X Copy. Intersect Bitmap Subtract Paste Ctrl+V Unite Delete Del Clear All Select Translate _ Surface.

Object — Scale...

Notes Рис. 9.16. Меню Edit Select брать) ТгасеРго не идентифицирует автоматически выбираемый объект. Поэтому до его указания необходимо назначить его тип. В рамках основной функцио нальности — дополнительные возможности выбора предоставляются коман дой Measure смысл имеют только понятия "объект" и "по верхность". Последняя — примитив, которому могут быть назначены оптиче Светотехнический анализ и проектирование (ТгасеРго, ские характеристики, присущие поверхностям. В противоположность по верхностям из допускающим существование на одной поверх ности нескольких граней, в ТгасеРго она может быть исключительно непре рывной. Самостоятельно поверхности не существуют — они должны входить в "объект". В ТгасеРго — это одна или совокупность поверхностей, которые могут образовать, а могут и не позволить сформировать твердое тело. В яв ном виде этот факт в Дереве проекта никак не отображается, но специальные функции, например Healing (Лечение), позволяют в некоторых случаях диаг ностировать тела. После подачи команды начинает работать инструмент, аналогичный фильтрам в CAD-программах. Его действие прекращается после подачи некоторых других команд или после отжатия одноименной кнопки на панели инструментов.

Если выбран объект, образованный совокупностью то после дующее присвоение характеристик, присущих именно поверхностям, будет выполняться для всех поверхностей данного объекта.

Boolean (Булева операция) Реализует булевы операции: Intersect (Пересечь);

Subtract (Вычесть);

Unite (Объединить). Операндами называются объекты, являющиеся телами или состоящие из поверхностей. В первом варианте действие команды вполне очевидно. Если реализуется вычитание, то второй из выбранных объектов (они активизируются указателем мыши при нажатой клавише ) вычитается из того, который активизирован первым. Можно применять команду к комбинации поверхностей, когда несколько поверхностей объединяются в один объект или внутри в одну поверхность.

После выполнения команды информация о топологии исходных объектов пропадает — ТгасеРго не параметрическая система.

Surface (Поверхность) Создает поверхность или тело на базе поверхности, принадлежащей объекту.

Для того чтобы получить доступ к командам, необходимо сначала активизи ровать возможность выбора поверхностей, а затем собственно и саму поверх ность. Далее следует подать команду и заполнить соответствующие позиции в диалоговом окне. Одновременно с созданием объектов-поверхностей про грамма делает попытку присоединить их к родительским телам. Две команды Sweep (Вытянуть) и Revolve (Повернуть) позволяют создавать призматиче ские (с учетом уклона — конические или пирамидальные) тела и тела враще ния (сектора). Мы ограничимся этой информацией, поскольку для тех, кто привык к использованию универсальных графических пакетов, данная функ циональность ТгасеРго покажется весьма скудной. Поэтому лучше освоить 562 интерфейс между привычной CAD-системой и расчетным а функции применять, в основном, для позиционирования объектов и для создания примитивов — источников света, линз, специальных преломи телей и отражателей.

Object (Объект) Группа команд для перемещения/копирования объектов.

Translate (Перенести) — перенос активного объекта или группы объектов параллельно плоскости экрана. Осуществляется указателем мыши, коор динаты исходного положения указателя и его текущие координаты в про странстве выводятся в полосе внизу окна ТгасеРго. Соответственно ника кие привязки или точное управление координатами невозможно. Если перенос осуществляется при нажатой клавише , то объекты копируются.

Move (Переместить) (рис. перемещение активного объекта или группы объектов. Перемещать можно в режимах:

• Relative (Относительно) — на величину вектора;

• Absolute (Абсолютная координата) — перенос центра объекта в задан ную точку;

• Distance в направлении вектора на заданное рассто яние.

Действие осуществляется после нажатия кнопок Apply (Применить) или Сору (Копировать). Очевидно, что во втором случае исходные объекты останутся на месте, а в новое положение будут вставлены их копии. Эти копии унаследуют все оптические характеристики, включая параметры источников света, которые были назначены для родительских объектов.

Move Selection Relative;

Absolute Distance JO Center Рис. 9.17. Окно Move Rotate (Повернуть) (рис. — поворот активного объекта или группы объектов. Вращать можно (этим управляет параметр Axis) относительно осей X, Y, Z глобальной координат, относительно осей объекта Светотехнический анализ и проектирование (TracePro, Object X, Y, Z, а также относительно произвольного Custo mize. Если активизировать опцию Origin of Object (Начало системы координат объекта), то программа заполнит соответствующие поля коор динатами центра объекта. Вращение будет производиться относительно оси, проходящей через центр объекта параллельно заданному вектору.

- Rotate Apply | • ' Rotation Center Point in Copy Г Origin of WCS data is X X |0 I retair ed until Л Y Y Center j Axis and are i Z Z Center ssed.

Рис. 9.18. Окно Rotate (Масштабировать) (рис. масштабирование объекта относи тельно его собственного центра (опция Scale position (Центр масштабиро вания) неактивна) или относительно начала координат (флажок установ лен). Можно выполнить масштабирование с различными коэффициентами в направлении осей объекта или глобальной системы координат.

Y Scale Factor ff Local WCS Global Z Scale Рис. 9.20. Окно Object Orientation Рис. Окно Scale Object Orientation (Ориентация объекта) (рис. 9.20) — в этом окне назна чается положение центра объекта относительно начала координат и его ориентация относительно системы координат. Для этого ис пользуются величины углов Эйлера. Особенность данного окна в том, что содержащиеся в нем параметры являются свойствами объекта, в то время как описанные окна задают параметры команд.

564 Глава Notes (Заметки) Редактирование ассоциированного с моделью текстового документа. Загру жается простейший текстовый редактор. После выхода из него текст помеща ется в файл модели. Если модель сохраняется в любом из форматов отличных от OML, то содержание документа теряется.

9.4.3. Меню View Меню View (Вид) показано на рис. Команды Status Bar (Строка состоя ния), Render (Закрасить), Hidden Line (Скрыть невидимые линии), Display All (Отобразить все), Named Views (Именованные виды), Previous View (Предыдущий вид), Pan (Перемещать), Zoom (Масштабировать) аналогичны имеющимся в других CAD-системах.

View Status Bar Silhouettes Render Wireframe Hidden Line Photo-realistic Render - :

xz YZ Display Importance ISO Display YX Display Object ZX Display Object WCS ZY Orbit Set Named About Axs...

. Previous View Profiles.

Pan — Rotate Cursor Zoom Window Preferences... • Selection Рис. Окно View Silhouettes (Силуэт) В популярных CAD-системах аналогичный режим называется "каркасное представление".

Светотехнический анализ и проектирование (TracePro, Wireframe (Каркасное представление) Осуществляется показ триангуляции образующих элементы модели поверх ностей. Значимой функциональности эта информация не имеет.

Photo-realistic (Фотореалистичная закраска) Для активизации опции необходима специальная лицензия, которая в стан дартную поставку не входит. Эта функция предназначена для визуализации фотореалистичного состояния модели с учетом результатов трассировки лучей.

Display RepTiles (Показать геометрию RepTile) На фоне модели в каркасном виде выводится ячеистая (чешуеподобная) структура, параметры которой присвоены некоторой плоской поверхности.

Для того чтобы иметь эту возможность, необходимо некоторой поверхности назначить соответствующие параметры (Apply Properties | RepTile). В из вестной на момент написания книги версии TracePro 3.2.2 граница области RepTile описывается прямоугольником заданных размеров, не совпадая с границами реальной поверхности.

Display Importance (Показать выборку по значимости) Выводит на экран объекты, входящие в выборку по значимости. Эта выборка может быть назначена для любой поверхности командой Apply Properties | Importance Sampling. В окне модели показываются контуры областей, при надлежащих выборке, а в середине этих областей находится текст "IT" (рис. 9.22).

В Object 5с Surface Property:

Importance г = Watts Sphere Entity Sphere Materiel from Materiel Рис. 9.22. Вид модели с отображением Importance Sampling Display WCS (Показать рабочую систему координат) Вывод на экран осей системы координат, связанной с моделью.

566 Глава Display Object (Показать рабочую систему координат объекта) Вывод на экран осей системы координат, связанной с текущим объектом.

Set (Установить вид) Настройка параметров текущего вида. Назначаются (рис. 9.23):

Eye Position (Положение наблюдателя);

Target Position (Положение цели);

Up Vector (Направление вверх);

Perspective View (Перспективный вид).

Т* View I 9.23. Панель Set View Named Views (Именованные виды) Установка модели в соответствии с одним из имеющихся или запоминание текущего вида. Активизация вида выполняется по двойному щелчку мыши при нахождении указателя над требуемым названием. В списке выбора при сутствует строка *Normal To (Перпендикулярно ее выбор позволяет установить модель так, чтобы нормаль к экрану была перпендикулярна вы бранной плоской грани.

Profiles (Стандартные виды) Выбор одного из стандартных видов для отображения модели. Доступны ви ды спереди и сзади относительно глобальной системы координат модели, а также два изометрических вида.

Rotate (Вращать) Поворот вида. Команда имеет два режима работы:

О Orbit (Орбитальное) — поворачивает модель при движении указателя.

Вращение осуществляется относительно геометрического центра модели, Светотехнический анализ и проектирование (TracePro, поэтому если она протяженная, а на экране виден только ее фрагмент, то получить желаемое весьма затруднительно;

About Axis (Вокруг осей) — поворачивает модель относительно оси, па раллельной одной из осей системы координат модели и проходящей через точку с заданными координатами. Поворот выполняется дискретно.

Preferences (Параметры) Параметры отображения модели и лучей по умолчанию. Панель имеет сле дующие вкладки.

Model Units (Единицы измерения) (рис. 9.24) — определяет единицы из мерения, влияющие на последующие действия. Смена единиц измерения не приводит к изменению текущей модели, а также — при экспорте в ней тральных форматах — в принимающей системе восприняты будут едини цы, в которых данный объект был создан.

Preferences Model Zoom | Ray | Ray ( by:

Zoom out by:

Units | View | Wheel factor:

I Single window Apply Apply Рис. 9.24. Вкладка Model Units Рис. 9.25. Вкладка Zoom Zoom (Масштаб) (рис. определяет параметры масштабирования для команд Увеличить, Уменьшить, также настраивает соответствие ско рости масштабирования шага поворота колеса мыши, управляет режи мом действия команд масштабирования: прекращение действия после од нократного выполнения или продолжение до подачи новой команды.

View Options (Настройки отображения) (рис. 9.26). Окно вкладки содер жит следующие поля:

• Prompt before entering Simulation Raytrace (Предупредить о входе в Режим симуляции) — если активизирован режим симуляции, предос тавляющий ограниченную функциональность, то при попытке начать расчет последует напоминание;

• Update analysis after selection change (Обновить результаты после вы бора нового если расчет выполнен, и пользователь про 568 Глава сматривает результаты в виде диаграмм, то при указании на новую по верхность содержание диаграммы будет обновляться автоматически, если опция активна. В противном случае следует использовать команду Refresh (Обновить) из меню Windows или клавишу . В этом же меню присутствует опция Auto Update (Обновлять автоматически), ко торая имеет приоритет над полем Update Если число трас сируемых лучей составило несколько десятков тысяч и используется компьютер с процессором Pentium 4, то программа обрабатывает ре зультаты с приемлемой задержкой. Поэтому обновление результатов желательно выполнять автоматически;

Display AutoUpdate remainder (Показывать напоминание об обновле нии) — если предыдущая опция неактивна, то при установке флажка в данном поле будет выводиться сообщение о необходимости вручную обновить содержимое активных окон с результатами;

Update raytrace progress every... rays (Обновлять протокол трасси ровки каждые... лучей). В процессе трассировки на экране возникает окно, в котором динамически отображается число рассчитанных лучей.

Данное поле управляет кратностью выводимой величины;

Open System tree with... % of the Model Window (Дерево проекта при создании модели будет составлять...

Model Units j Zoom View Options | Ray j Ray ) Model Units j | View Options Ray Colors j Display | Prompt before entering Simulation Raytrace Polychromatic R — fc* Update after change fei (long wavelength to short wavelength) j isplay pdate Display rays by color of wavelength Update raytrace every and UV displayed in black) System tree with of the Model Window.

Display rays in black Apply Рис. 9.26. Вкладка View Options Рис. 9.27. Вкладка Ray Colors Ray Colors (Цвета лучей) задание цветовой палитры при отображении траекторий лучей в зависимости от информации, которую "несет" луч.

Окно (рис. 9.27) содержит следующие поля:

• Display rays from red to blue (long wavelength to short wavelength) (Раскрасить лучи от красного до синего — от длинной волны до ко роткой);

Светотехнический анализ и (TracePro, • Display rays by color of wavelength and are in black) (Раскрасить лучи в соответствии с длиной волны — инфракрасные и ультрафиолетовые будут черными);

• Display rays in black (Все лучи — черные) — эта опция актуальна, если картинки с результатами будут напечатаны на монохромном оборудо вании. Детальная настройка палитры выполняется в окне Ray (Цвета лучей) в меню Analysis (Анализ).

О Ray Display (Визуализация лучей) — определяет параметры процесса ви зуализации лучей. Окно (рис. 9.28) содержит следующие поля:

• Set default for menu: Analysis | Display Rays (Установить по умолча нию в меню Анализ | Показать лучи) — определяет, будут ли лучи по казаны после открытия модели. Если компьютер недостаточно мощ ный, то рекомендуется флажок снять;

Model Units j | View Options | Ray Colors Ray Display Set default menu;

Analysis I Display Rays Display ray direction arrows Display rays Enable start drawing limit Stop drawing after rays Enable ray drawing time limit Ray time limit seconds Prompt when ray drawing is Apply I Рис. 9.28. Вкладка Ray Display Display ray direction arrows (Показать стрелки, обозначающие направ ления лучей);

Display non-intersecting rays (Показать невзаимодействующие лучи) если какие-либо лучи не взаимодействуют ни с какими объектами, то их можно не показывать;

Enable start ray drawing limit (Остановить визуализацию лучей по числу лучей) — если число трассируемых лучей велико, то вычерчива ние всех траекторий может затруднить интерпретацию результатов.

Практика показывает, что показывать более тысячи лучей бесполезно.

Также — для сложных моделей с большим числом преломлений/отра жений/рассеяний вычерчивание сотен тысяч траекторий занимает ощу 570 Глава тимое время. Следует отметить, если изменить число показываемых лучей после выполнения расчета, то эффекта это иметь не будет;

• Enable ray drawing time limit (Остановить визуализацию лучей по времени) — комментарии, в общем, те же, что и для предыдущей оп ции. Однако поскольку количество лучей на экране — более объектив ный индикатор пригодности картинки для анализа, рекомендуется назначить время достаточно большим (несколько секунд), но отображать лучей, сколько необходимо для комфортного восприятия результатов. С этими двумя параметрами перекликается функциональность окна Ray Sorting (Сортировка лучей) меню Analysis (Анализ), имеющего локальное действие;

• Prompt when ray drawing is incomplete (Сообщить, если визуализация лучей неполная) — если процесс вычерчивания траекторий прерван по исчерпании числа лучей или лимита времени, то на экран выводится соответствующая диагностика.

Customize (Настройки) Глобальные настройки программы. Окно (рис. 9.29) содержит следующие поля:

Properties Database (База данных по путь к файлу, содер жащему информацию о свойствах материалов и поверхностей. По умол чанию это TracePro.mdb, расположенный в каталоге с исполняемым фай лом программы;

О Data Directory (Директория с данными) — каталог по умолчанию, в кото ром программа будет открывать файлы с моделями и куда будет предла гать сохранить модель;

О Auto load scheme (Автоматически загрузить язык Scheme) — автоматиче ски загрузить язык приложений О Place System Tree on... (Расположить Дерево управляет расположением Дерева модели в окне ТгасеРго. Вариантов два: слева и справа;

On starting ТгасеРго... (При запуске назначение модели, открываемой при запуске программы. Варианты: открыть пустую модель;

загрузить наиболее часто используемую;

сообщить о намерении загрузить наиболее часто используемую;

не открывать никакую;

On opening models... (При открытии обработка скрытых ранее объектов при открытии модели. Доступны варианты: Display all objects (Показать все объекты) и Display visible objects (Показать види Светотехнический анализ и проектирование ReflectorCAD) объекты). Если, например, модель содержит несколько вариантов не которого объекта, то рассчитываться может только один из них, а осталь ные должны быть исключены из анализа. При этом для простоты воспри ятия задачи желательно скрыть необрабатываемые объекты. Однако при повторной загрузке модели они могут стать видимыми и потребовать но вых манипуляций по их скрытию. Отметим здесь, что видимость и функциональность (участие объекта в анализе) никоим образом не связаны;

Customize Properties Database:

Data Directory: | Browse...

toad scheme: I Browse... j Place System Tree on of Model Window 0 starting TracePro I Model Window On opening Г Enable Spaceball Windows GDI.

Display visible objects ff OpenGL Colors Colors Model Window: Default color:

System Tree: color E valuator dialog controls:

OK Cancel Рис. 9.29. Вкладка Customize Graphic display driver (Графический драйвер) — графический интерфейс TracePro поддерживает две системы: OpenGL и Windows GDI. Первый обеспечивает большую производительность, но есть вероятность (на прак тике этого не наблюдалось), что при отображении моделей и результатов могут возникнуть проблемы. В таком случае нужно попробовать Windows GDI;

Enable Spaceball (Активизировать Spaceball) — использовать устройство Spaceball вместо мыши;

a Background Colors (Цвета группа полей для назначения цвета фона модели, Дерева проекта и полей, допускающих подстановку матема тических выражений;

Colors (Цвета объектов/поверхностей) — назначение цвета объектов и поверхностей и активных объектов и поверхностей.

Глава 9.4.4. Меню Insert Меню Insert (Вставить) показано на рис. 9.30. Оно содержит команды созда ния объектов оптических систем: разнообразных линз, отражателей, твердо тельных примитивов, вставки моделей а также источников света.

Меню имеет следующие команды.

Insert Lens Element Lens Units: | Radius Thickness:

Material Name:

г Surface 1 - 2 — Reflector....

. Г Cylindrical. Cylindrical Tube...

Radius:

Primitive Part....

insert tens Рис. 9.30. Меню Insert Рис. 9.31. Вкладка Lens Element Линза) Создание линзы. Могут вставляться линзы, имеющие поверхности вращения, в частности, асферические и/или цилиндрические поверхности. В линзах до пустимы отверстия, их можно смещать и поворачивать. Особенностью пане ли для линз является то, что все вкладки относятся к одному и тому же объ екту. Окно содержит несколько вкладок.

Lens (Линза) (рис. Глобальные характеристики линзы. Окно вкладки содержит следующие поля:

• Units (Единицы расчета) — нужно сделать выбор между тем, как будет назначаться кривизна линзы: величиной Radius (Радиус) или парамет ром Curvature (Кривизна);

• группа параметров Material (Материал), включающая поля Catalog (Каталог) и Name (Название);

• две группы параметров Surface (Поверхность), определяющих тип и геометрию поверхностей линзы. Если флажок у опции Cylindrical (Ци линдрическая) отсутствует, то эта поверхность будет сферической, в случае — цилиндрической. Геометрия сферической по верхности определяется параметрами Radius (Радиус) и Conic (Кони Светотехнический анализ и проектирование (TracePro, ка). Сферическая поверхность, воспроизводимая программой, описыва ется уравнением:

с, V А Здесь р2 + — кривизна, К -- константа коники. — ко эффициенты полинома, определяющего асферическую составляющую кривизны.

Из уравнения ясно, что осью сферической поверхности будет ось Z, a начало координат совпадает с пересечения этой оси с первой из поверхностей. Если же некая поверхность цилиндрическая (опция Cylindrical активна), то поле Rotation определяет поворот поверхности относительно оси Z. На рис. 9.32 показана линза, построенная в соот ветствии с параметрами рис. а также согласно содержимому вкла док, описанных далее.

Рис. 9.32. Пример объекта, созданного командой Lens Aperture (Апертура) (рис. 9.33). Параметры наружного профиля линзы.

Окно содержит следующие поля:

• Shape форма наружного профиля. Можно выбрать: Circle (Круг);

Rectangle (Прямоугольник);

Ellipse (Эллипс). Здесь следует от метить, что при моделировании линзы программа сначала строит "пол ный" объект в соответствии с содержимым вкладки Lens, а затем обре зает ее согласно параметрам данной вкладки (скошенные углы на ил люстрации — следствие этого алгоритма);

• Semi-Diameter X, Semi-Diameter Y (Полудиаметр X, Y). В зависимо сти от типа полудиаметр окружности, половины сторон прямоугольника, полуоси эллипса;

• Decenter X, Decenter Y (Смещение центра X, Y) — координаты центра контура апертуры относительно исходной системы координат);

Глава • Gamma (Гамма) — угол поворота апертуры относительно оси Z исход ной системы координат.

J Insert lens Element Insert Element \ | j | ] Lens 1 Obstruction j Position |.

Shape;

X;

| X;

in in Degrees Insert Lens | | insert Lens I J Рис. 9.33. Вкладка Lens Рис. 9.34. Вкладка Obstruction О Obstruction (Препятствие) (рис. 9.34) — здесь назначаются параметры отверстия, которое программа выполняет в линзе. Все они идентичны па раметрам, которые присутствуют во вкладке Aperture.

(Расположение) (рис. 9.35) — положение и ориентация линзы (со вместно с элементами, ее образующими) относительно начала координат.

Назначаются следующие поля:

• First Surface Center (Центр первой группа парамет ров, определяющих координаты центра первой поверхности;

• insert Lens Element Lens Aperture Position | | First г Element X: |P Y:

Insert Lens Рис. 9.35. Вкладка Position • (Ориентация элемента) — группа параметров, опреде ляющих углы поворота линзы относительно осей системы координат, Светотехнический анализ и проектирование (TracePro, связанной с линзой. Это значит, что программа сначала перемещает линзу в заданную точку, а затем поворачивает ее относительно осей линзы.

Aspheric (Асферичность) (рис. 9.36) — коэффициенты полинома, опреде ляющего асферичность поверхностей линзы.

Insert Lens Element L j | Aspheric Surface 1 0 о io о " о io 0 0 Insert Lens j Modify Lens | Рис. 9.36. Вкладка Aspheric Fresnel Lenz (Линза Френеля) Создание линзы Френеля. Окно (рис. 9.37) содержит следующие поля:

Ring width (Ширина кольца) — ширина каждого из колец, образующих преломители. Это поле связано с полем Lines/unit (Колец на единицу длины) — число колец на единицу длины;

Thickness (Толщина) — полная толщина тела (т. е. включая высоту гре бешков);

О Outer radius (Наружный радиус) — радиус апертуры линзы;

П Catalog (Каталог) — название каталога с марками материалов;

П Name (Название) — марка материала;

П Wavelength (Длина волны) — длина волны, на базе которой будет рассчи тываться коэффициент преломления;

Object distance (Расстояние до объекта) — расстояние от объекта, излуче ние которого должно фокусироваться. Если объект находится в бесконеч ности, то следует подставить 0;

П Image distance (Расстояние до — расстояние до образа (точки фо куса), на котором фокусируются лучи;

576 Глава О Origin (Начало) — координаты исходной точки объекта. В этом качестве используется центр гладкого круга;

Rotation (Ориентация) — углы поворота объекта относительно осей ис ходной системы координат;

О Кнопка in Degrees/in Radians (Градусы/Радианы), определяющая единицы измерения углов.

Insert Fresnel Lens I Ring width:

Lines/unit: Outer :

i Wavelength: JO. — • distance: Image distance: [ X: X:

Y: Y:

fiT Degrees Рис. 9.37. Окно Fresnel Lens Рис. 9.38. Линза Френеля и результат трассировки лучей На рис. 9.38 показана линза, построенная на базе параметров рис. 9.37, а так же результат трассировки лучей. световой пучок фокуси руется. При этом настройки расчета и, соответственно, параметры модели Светотехнический анализ и проектирование ReflectorCAD) таковы, что часть световой энергии при взаимодействии с гребешками пре терпевает внутреннее отражение. Поэтому часть лучей идет мимо фокуса.

Reflector (Отражатель) Создание рефлектора. Могут вставляться отражатели, у которых отражающие поверхности являются поверхностями вращения или цилиндрическими по верхностями, имеющими в качестве образующей окружность, эллипс, круг, параболу. Генерируемые объекты являются телами. Их можно смещать и по ворачивать относительно осей глобальной системы координат. Система не придает никаким поверхностям оптических свойств, поэтому их на значать самостоятельно. Параметры различных типов отражателей сгруппи рованы во вкладки с соответствующими названиями.

Conic вставляется объект с гладкой с поверхностью вращения, являющейся коникой. Окно вкладки (рис. 9.39) содержит поля:

• Shape (Форма) — тип получаемой внутренней поверхности. Доступны:

Spherical (Сферическая);

Parabolic (Параболическая);

Elliptical (Эл липтическая);

Hyperbolic (Гиперболическая);

• Thickness толщина объекта, получаемого приданием внутренней поверхности данной толщины;

• Hole radius (Радиус радиус отверстия в глухой части объекта;

• Calculate из последующих трех (для — четырех) параметров один является избыточным. Данное поле содер жит список, из которого нужно выбрать, что является зависимой (рас четной) величиной;

• Length (Длина) — размер внутренней образующей в направлении оси вращения;

• Focal length (Фокусное расстояние) — в зависимости от типа объекта может быть: для фокусное расстояние;

для эллипсои да — Focal 1 (Первое фокусное расстояние) и Focal 2 (Второе фокусное расстояние);

для Front (Передний) и Back (Задний);

• Origin (Начало);

Rotation (Ориентация) — эти параметры тождествен ны тем, которые имеются в линзе Френеля.

На рис. 9.40 показана геометрия объекта Conic, а также результаты трасси ровки лучей от сферического нормально излучающего источника, располо женного в фокусе. Внутренняя поверхность идеальный отра S 578 Глава жатель. Геометрия отражателя соответствует параметрам, приведенным на рис. 9.39.

Facetted Conic I 3D Compound I (Cylinder) Compound Trough Shape:

Thickness:

Hole length:

- Rotation........

| in Insert Рис. 9.39. Conic Рис. 9.40. Объект Conic в оптической системе и его геометрические параметры, соответствующие параболическому рефлектору Если же выбрать форму отражателя в виде эллипсоида, то при помещении источника в один из фокусов эллипса лучи, как и следовало ожидать, собе рутся в другом (рис.

Светотехнический анализ и проектирование Рис. 9.41. Объект Conic с параметрами эллипсоидального рефлектора в оптической системе Compound Trough (Составной желоб) Вставляется цилиндрический объект, состоящий из двух симметричных тел.

Внутренний контур сечений может быть параболой или эллипсом. При этом сечения имеют степень свободы в направлении, перпендикулярном оптиче ской оси. Окно вкладки (рис. 9.42) содержит следующие поля:

Shape тип получаемой внутренней поверхности. Доступны:

Parabolic (Параболическая) и Elliptical (Эллиптическая);

Front depth (Глубина передняя), Back depth (Глубина задняя) — расстоя ние от фокуса до переднего и заднего торцов тела;

О Lateral focal shift (Поперечное смещение фокуса) — вертикальное смеще ние образующей относительно исходного положения (оно характеризуется тем, что внутренние образующие обеих тел расположены на одной и той же кривой). Величина может быть положительной (смещение внутрь) и отрицательной (смещение наружу);

Thickness (Толщина) — толщина объекта, получаемого приданием внут ренней поверхности данной толщины;

Length (Длина) — длина объекта;

Axis tilt (Наклон угол поворота верхней и нижней образующих относительно оси, перпендикулярной сечению и проходящей через точку пересечения образующей кривой с осью объекта. Величина может быть положительной (верхнее сечение вращается против часовой стрелки, а нижнее — в противоположном направлении) и отрицательной;

Focal length (Фокусное расстояние) — в зависимости от типа объекта мо жет быть: для фокусное расстояние;

для — Focal 1 (Первое фокусное расстояние) и Focal 2 (Второе фокусное расстояние);

580 Глава О Origin (Начало), Rotation (Ориентация) — эти параметры тождественны тем, которые имеются в описанных выше объектах.

Insert Reflector Rectangular Rim | Conic j 3D Compound j Trough (Cylinder) Compound Trough Shape: [parabolic Frontdepth:

depth: Length:

focal shift: Axis tilt:

Foci - Focal length:

0 rigin Rotation X:

I Degrees — Insert Рис. 9.42. Вкладка Compound Trough 10 Рис. 9.43. Геометрические параметры объекта Trough и трассировка лучей в оптической системе На рис. 9.43 приведена геометрия объекта Trough (дополнительно показан и цилиндр, поверхность которого будет источником света), а также результаты трассировки лучей в данной оптической системе. Внутренняя поверхность Светотехнический анализ и проектирование ReflectorCAD) параболоида — идеальный отражатель. Геометрия отражателя соответствует параметрам, приведенным на рис. 9.42.

На рис. 9.44 приведены результаты трассировки лучей для оптических систем с различным значением параметра Lateral focal shift.

Рис. 9.44. Оптические системы на базе объекта Trough со смещением образующих внутрь, без смещения, со смещением наружу 3D Compound (Составной 3D) Синтезируется тело вращения, образованное поворотом параболы или эллип са вокруг оси, не проходящей, в общем случае, через фокус кривой. Набор параметров, за исключением отсутствия поля Axis tilt (Наклон оси), тождест вен объекту Compound Trough. Эквивалентны и алгоритмы построения по перечного сечения фигур. Вид объекта с параметрами рис. 9.46 и траекто риями лучей от сферического источника показан на рис. 9.45.

Рис. 9.45. Оптическая система на базе объекта 3D Compound 582 Глава Trough (Cylinder) (Желоб — цилиндр) Цилиндрическое тело, в сечении которого находится коника. Окно вкладки (рис. 9.46) содержит следующие поля:

Shape (Форма) — тип получаемой внутренней поверхности. Доступны:

Spherical (Сферическая);

Parabolic (Параболическая);

(Эллип тическая);

Hyperbolic (Гиперболическая);

О Length (Длина) — поперечный размер объекта;

П Thickness (Толщина) — толщина объекта, получаемого приданием внут ренней поверхности данной толщины;

П Depth (Глубина) — размер внутренней образующей в проекции на опти ческую ось;

П Slit width (Ширина паза), Slit length (Высота паза) — размеры прямо угольного отверстия в тыльной части объекта;

П Focal length (Фокусное зависимая от типа объекта вели чина;

П Origin (Начало);

Rotation эти параметры тождественны описанным для некоторых из предыдущих объектов.

j Rim Conic I 3D j Compound Shape:

-.

Depth:

length Рис. 9.46. Вкладка Trough (Cylinder) Светотехнический анализ и проектирование (TracePro, На рис. 9.47 показана геометрия объекта Trough, а также результаты трасси ровки лучей от цилиндрического нормально излучающего источника, распо ложенного в фокусе. Внутренняя поверхность параболоида — идеальный от ражатель. Геометрия отражателя соответствует параметрам, приведенным на рис. 9.46.

Рис. 9.47. Геометрические параметры объекта Trough и трассировка лучей в оптической системе Rectangular Concentrator концентратор) Вставляется объект, состоящий из двух отражателей типа Compound Trough.

Внутренний контур сечений может быть параболой или эллипсом. Фокусы кривых совпадают. Большинство параметров (рис. 9.48) соответствующей вкладки идентичны тем, которые определяют Compound Trough. Ориги нальными являются поля, характеризующие положение второго фокуса.

На рис. 9.49 приведены геометрические параметры объекта, соответствую щие величинам полей окна на рис. 9.48. В фокус помещено тело, образован ное двумя пересекающимися цилиндрами. Оба они излучают свет нормально поверхности, поэтому лучи от горизонтального цилиндра будут отражаться от верхней и нижней поверхностей, образованных параболой с фокусным расстоянием 5. Вертикальный цилиндр излучает световой поток, который взаимодействует с боковыми цилиндрическими поверхностями — для них использовалась парабола с фокусным расстоянием Результат трассировки лучей показан на рис. 9.50. Отображены только лучи, которые достигают прямоугольного экрана, расположенного перпендикулярно оптической оси.

Все лучи, которые отразились от концентратора, идут параллельно этой оси.

Те же, которые не взаимодействуют с отражателем, направлены перпендику лярно излучающим поверхностям.

584 Глава Insert Reflector Conic 1 3D Compound Trough (Cylinder) ] Compound Trough Rectangular Rim Ray Parabolic Front Thickness:

depth:

focal shit Axis Lateral focal tilt y:

Focal x: ten. у:

Origin Rotation X:

Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 11 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.