铁道车辆车轴参数化设计系统研究

摘要

虽然铁道机车车辆车轴的结构种类繁多，但其结构相对简单、标准化程度高，便于实现参数化以提高设计效率。标准EN 13103和EN 13104提供了常用车轴的强度分析方流程，但对于标准之外的结构形式需要设计者重新推导算法。由此，研究基于力学基本原理构建车轴受力模型对于实现多种结构形式车轴的强度校核具有重要的工程实践意义。
　　基于Windows下的UG平台，利用混合编程技术、AFV(Abstract-Fuse-Verification)技术、载荷抽象技术、可视化技术集成开发了铁道车辆车轴参数化设计系统。
　　研究基于C＃.NET对UG的二次开发技术并实现车轴参数可视化指定，探讨混合编程技术。采用“UG Open API及C＃.NET”二次开发方案以获得在语法、界面、开发框架方面的优势;在此基础上实现了一种可视化指定截面参数信息的方法，简化了输入参数的过程。混合编程技术充分利用了各语言的特点，C＃、Fortran、C++分别实现客户端设计以及UG接口调用、数值计算、后处理云图显示。
　　研究新的参数化设计方法(AFV技术)以适应变结构体设计，本技术可充分利用已有设计资源，基于现有图库快速完成产品设计，且不依赖于模板的具体结构和功能，具有良好的拓展性、灵活性。
　　基于力学基本原理，研究利用UG三维几何（Curve、DatumAxis对象）抽象实现车轴受力分析，完成载荷定义和载荷求解两大功能。载荷定义包含施加载荷、添加接触力、载荷修改以及力平衡方程添加;载荷求解利用接触力将系统划分为不同研究对象，再联立各对象的平衡方程以求解未知力。
　　研究车轴强度可视化技术，选择OpenGL可视化编程工具作为车轴强度分析后处理的三维引擎，采用多边形填充法实现分析结果的云图显示，用户可直观地观测车轴强度分布趋势。
　　参数化设计系统分为前处理、求解计算、后处理三大功能。前处理实现参数化建模及网格划分;求解计算完成力加载、力求解、弯矩和应力的计算;后处理以线图和云图的方式显示计算结果。本系统集成了从车轴结构设计到强度校核的完整过程，对车轴的高效、可靠设计具有较高的实用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 三维软件的二次开发技术

1．2．2 二次开发中的参数化技术

1．3 本文研究内容

第2章 系统开发方案选择及实现

2．1 方案讨论

2．1．1 操作记录(Journaling)

2．1．2 用户自定义特征(User Defined Feature)

2．1．3 UG Open GRIP

2．1．4 UG Open API

2．1．5 UG Open API及C#．NET

2．2 方案实现

2．2．1 菜单设计UG Open Menu Script

2．2．2 配置Visual Studio

2．2．3 程序部署

2．3 小结

第3章 可视化技术

3．1 可视化技术的讨论

3．2 OpenGL工作流程

3．3 OpenGL着色

3．3．1 RGBA显示模式

3．3．2 云图可视化

3．3．3 着色模型(Gouraud)

3．3．4 光照模型

3．4 本系统的OpenGL可视化过程

3．5 小结

第4章 参数化技术

4．1 新型参数化技术

4．2 工作原理

4．2．1 Abstract

4．2．2 Fuse

4．2．3 Verification

4．2．4 尺寸驱动

4．2．5 AFV技术的类设计

4．3 小结

第5章 系统设计

5．1 总体结构

5．1．1 系统框架

5．1．2 文件框架

5．1．3 混合编程

5．2 前处理

5．2．1 实体模型

5．2．2 线模型

5．2．3 有限元模型

5．3 求解计算模块

5．3．1 参数指定模块

5．3．2 载荷求解模块原理

5．3．3 载荷定义

5．3．4 计算模块

5．4 后处理

5．4．1 线图

5．4．2 云图

5．5 小结

第6章 设计实例

6．1 标准规定算法

6．1．1 质量载荷

6．1．2 基础制动工况

6．2 系统加载计算

6．2．1 质量载荷

6．2．2 基础制动工况

6．2．3 驱动工况

6．3 小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文