針對(duì)ＣＡＴＩＡ模型的質(zhì)量特性分析系統(tǒng)

摘要:在飛機(jī)設(shè)計(jì)過程中需要對(duì)CATIA模型的質(zhì)量特性進(jìn)行分析，在沒有專用分析軟件之前，這部分工作占用了設(shè)計(jì)師大量的工作時(shí)間。本系統(tǒng)利用已創(chuàng)建的CATIA 三維模型，快速、準(zhǔn)確、高效地將其轉(zhuǎn)換成可滿足質(zhì)量專業(yè)工作需要的三維質(zhì)量特性模型，避免了傳統(tǒng)數(shù)值方法時(shí)間長(zhǎng)、精度低、效率低等問題。

關(guān)鍵詞:CATIA；模型；質(zhì)量特性

在質(zhì)量特性分析時(shí)要能按零件的裝配關(guān)系直接讀取、生成全機(jī)或裝配件的質(zhì)量特性數(shù)據(jù)庫(kù)；并按要求將其質(zhì)量特性等效分配至相應(yīng)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)、PANEL元、框位或燃油剖面上；同時(shí)對(duì)涉及的PANEL元數(shù)據(jù)和切分后零部件的質(zhì)量特性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，使質(zhì)量特性模型與三維設(shè)計(jì)有效銜接，保證數(shù)據(jù)的唯一性。針對(duì)這樣要求開發(fā)出了MASS質(zhì)量特性分析系統(tǒng)。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，輸入CATIA 三維模型、質(zhì)點(diǎn)模型數(shù)據(jù)，結(jié)合PANEL元和油箱切面數(shù)據(jù)文件，通過模型轉(zhuǎn)換模塊與質(zhì)量特性計(jì)算分析模塊，建立質(zhì)量特性模型。模型文件以及相關(guān)的分析數(shù)據(jù)，都通過數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)與管理，并通過可視化的方式來(lái)動(dòng)態(tài)編輯數(shù)據(jù)。

2軟件流程

圖2為軟件流程圖。處理模型可以是CATIA三維模型、質(zhì)點(diǎn)模型，也可以是兩種模型組成的混合模型；PANEL元，既可通過文本的方式創(chuàng)建，也可通過本系統(tǒng)提供的可視化方式動(dòng)態(tài)創(chuàng)建；通過特殊的迭代與解方程計(jì)算，把質(zhì)量點(diǎn)質(zhì)量特性數(shù)據(jù)分布到相應(yīng)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)上。

3主要功能

質(zhì)量特性模型轉(zhuǎn)換系統(tǒng)軟件與CATIA三維建模軟件充分結(jié)合，并有進(jìn)一步開發(fā)的潛力。該軟件包括質(zhì)量特性信息管理模塊、質(zhì)量特性模型分析模塊、PANEL元?jiǎng)討B(tài)創(chuàng)建模塊、PANEL元數(shù)據(jù)管理模塊和質(zhì)量特性模型切分模塊五個(gè)主要功能模塊，這些模塊既可相互調(diào)用也可獨(dú)立使用。

3.1 質(zhì)量特性信息管理模塊

本模塊是整個(gè)質(zhì)量特性模型分析系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理的核心部分，既可以獨(dú)立的完成相關(guān)的功能，也可作為質(zhì)量特性轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入源。同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)操作過程中生成的各類信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。

系統(tǒng)在讀取質(zhì)量特性數(shù)據(jù)的同時(shí)，能完全保證與CATIA 三維模型裝配結(jié)構(gòu)及隸屬層次的一致，同時(shí)以樹狀結(jié)構(gòu)直觀的給出裝配層次關(guān)系，并能按規(guī)定的格式將指定的數(shù)據(jù)信息導(dǎo)出為EXCEL文件或文本文件。

3.2 質(zhì)量特性模型轉(zhuǎn)換模塊

質(zhì)量特性模型轉(zhuǎn)換模塊是整個(gè)質(zhì)量特性分析系統(tǒng)的核心。該模塊能在保證轉(zhuǎn)換前后的質(zhì)量特性和幾何外形相同的條件下，充分利用已有CATIA的三維模型直接將.CATProduct或.CATPart文件轉(zhuǎn)換成三維質(zhì)量特性模型，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)三維質(zhì)量特性模型的動(dòng)態(tài)顯示。

該模塊在動(dòng)態(tài)顯示質(zhì)量特性模型的同時(shí)，還具備放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、隱藏/顯示、顏色更改等全部圖形查看和瀏覽功能。圖3是質(zhì)量特性模型轉(zhuǎn)換模塊操作界面。

3.3 質(zhì)量特性模型切分模塊

質(zhì)量特性模型切分模塊能夠保證在切分前后總質(zhì)量特性完全一致的條件下，實(shí)現(xiàn)對(duì)三維質(zhì)量特性模型的切分，且可以對(duì)一些不完善的建模增加、更改質(zhì)點(diǎn)或修正計(jì)算，能給出各PANEL元以及各PANEL元節(jié)點(diǎn)上的等效質(zhì)量特性數(shù)據(jù)（包括重量、重心、慣性矩和慣性積），同時(shí)自動(dòng)將切分后產(chǎn)生的質(zhì)量特性數(shù)據(jù)存入質(zhì)量特性信息管理模塊進(jìn)行集中管理，并可按要求導(dǎo)出EXCEL文件或文本文件。

對(duì)于油箱質(zhì)量特性模型的切分，該模塊還具備給定攻角和重量間隔等多種自定義切面的切分方式，并可相應(yīng)給出這一系列切分油面狀態(tài)下的燃油質(zhì)量特性數(shù)據(jù)。

為簡(jiǎn)化后期的數(shù)據(jù)處理、提高工作效率，該模塊還具備沿任意指定方向各節(jié)點(diǎn)質(zhì)量特性數(shù)據(jù)的自動(dòng)綜合功能，直接給出不同框、肋位處的質(zhì)量分布計(jì)算結(jié)果。圖4是質(zhì)量特性模型切分模塊操作界面

結(jié)論

通過系統(tǒng)應(yīng)用證明，本質(zhì)量特性分析系統(tǒng)大幅提升各科研院所相關(guān)設(shè)計(jì)部門在質(zhì)量特性計(jì)算方法的準(zhǔn)確性和處理速度，為圓滿完成整體產(chǎn)品的研制任務(wù)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。