1三维设计的意义

1.1三维设计是发展趋势

三维设计之所以可以成为目前主流的CAD技术,是因为它有很多二维技术不具备的优势。通过对三维设计和二维设计的效率和性能进行比较,不难发现,三维设计对结构描述的准确性和真实性更高,有效的克服了设计中可想不可见的缺点,是未来技术发展的主要趋势。

1.2全面反映设计意图

三维设计更加符合人们的设计习惯和思维习惯,可以对有限元分析的原始数据进行组建,对几何形状进行优化设计,并达到CAD,CAE/CAPP/CAM的集成,还可以利用渲染功能和着色功能得到设计方案的三维效果图,使决策人员和设计人员更加全面的了解设计外观,提高设计决策的准确度,降低设计周期,加快产品的开发。还可以对产品的动态特性进行准确的分析,预算工程项目的成本[1]。通过使用三维设计,使工程设计产生变革,将设计推到了从未有过的高度。

2CAD技术的优点

2.1制图准确度高

水利水电工程对设计的精准性要求比较高,而且自身结构比较复杂,手工制图的难度非常大,准确度很难达到要求。通过使用CAD软件强大的计算功能,可以简化计算流程,查算的数据又准又快,可以精确的绘制出低水位水库和坝面的曲线,达到设计精度的要求。

2.2携带便利

在绘制的过程中,如果使用手工绘制的方法进行绘制,设计人员需要携带大量的图纸和器材,不仅不方便,而且需要耗费大量的时间和精力,工作效率低,很容易损坏设备。而使用CAD技术,只需要携带远程监控设备或便携式电脑就可以了,很方便。

2.3制图更快

在进行水利水电工程设计时,图像的计算量很大,如果使用人工的方式进行计算,不仅要耗费大量的精力和时间,而且准确度低。而使用CAD技术,通过使用自动求积模块的功能,可以进行自动求积等多项运算,能够在短时间内将复杂的计算完成,实现快捷化制图。

2.4数据的监测和保存更加方便

使用传统的方式,由于数据多且复杂,在查询和保存时很不方便,而使用CAD技术,可以更加快捷将大量的技术保存在存储介质中,非常的方便。

2.5保证工程设计质量

通过使用CAD技术进行直观的的设计,可以及时暴露出可能存在的问题和错误,降低工程建设过程中存在的风险。由于水库枢纽、水电站等设计是一个复杂、繁琐的过程,存在比较严重的专业协调问题。在二维设计环境下,由于需要进行多次反复计算,不可避免会出现失误的情况。而在三维可视化的环境下,通过集中管理数据,可以保证不同阶段、不同专业数据的唯一性和一致性,降低设计疏漏,防止因空间关系上缺乏认识,导致设计失误的情况出现。

2.6设计成果直观

使用三维CAD技术进行设计,不仅可以进行二维图纸的绘制,而且可以提供出三维模型,可以从任意视角查看工程的局部情况和整体情况,还可以提供动态结构的装配过程,对各个建筑物空间、时间上的逻辑关系进行描述,利用三维动画的形式,在虚拟的环境中,对施工过程中原始的地质地形情况进行真实预言,分析材料、人工和施工机械的消耗情况,挖掘出降低施工成本的潜力,为企业投标和经营管理单位提供预测和决策依据;根据工程的实际施工特点,将工程项目管理工作做好,对工程进行科学的规划和组织,严格按照规定要求进行施工,在保证施工安全和施工质量的基础上,对施工成本进行严格控制,保证设计效果。

3三维CAD技术在水利水电工程中的应用

3.1CAD技术的应用范围

3.1.1水工设计应用在水利水电工程设计中,由于工程比较复杂,需要多种专业互相配合、协调的情况下开展,为了提高设计灵活性,避免设计缺点,在设计时要提高骨架设计模块的应用,并将设计权限划分出来,实现设计的并行性和协同性。此外,要在这个基础上选择确定设计模板的参数,并使用和其对应的方式构件三维形体结构,导入CAD分析软件,从而更快的设计出三维设计草图[2]。草图设计完成后,设计要根据CAD的剖面设计图和平面设计图,进行三维模型的构建,使空间概念更加明晰,并通过实际生成的模型反复校核平面设计图。为了提高设计的有效性,在设计的过程中,要加强各方的沟通和交流。3.1.2在地形地质应用通过利用等高数据,可以更加准确、快速的实现数字化的三维地形,建立起水工建筑物大坝、原始地貌、开挖边坡、引水洞等三维地形图。利用计算机进行设计,具有良好的仿真效果,可以及时适应原有图形,使实物和图形更加的匹配[3]。由于三维地形的仿真性很强,因此,可以计算所有复杂位置的体积,可以根据实际的需求,进行剖面的开挖和旋转,可以使用勘测数据快速、准确的计算土石方量。

3.2水利水电工程中三维CAD技术应用说明

3.2.1处理EXCEL数据在处理数据前,先要保证数据的准确性,分析核实前期收集到的数据,然后再将数据输入,转化成具体的坐标。例如执行spline命令,复制和粘贴EXCEL中的曲线坐标,最后按下回车进行执行。3.2.2绘制水位/库容曲线首先,输入水位和对应库容的数据,然后,利用表格自带的功能,准确快速的计算库容差,再根据具体的计算结果对坐标进行转换,继续进行输入。当所有的输入完成后,将美观度和辨识度放大,重新定位坐标点,执行样条曲线绘制的命令,最后按下回车完成曲线绘制[4]。3.2.3三维立体渲染使用CAD技术,不仅可以将立体效果图绘制出来,而且可以利用渲染,将数据转换成适合多台电脑进行同时分析计算的数据。可以更加及时发现存在的问题和不足,并对问题进行调整改进。

4实际应用案例

4.1案例介绍

目前钢岔管是水利水电工程系统中应用比较广泛的一个设备,主要由锥、柱和球面构成,由钢板卷焊制成,一般来说可以分为三梁岔管、牙肋岔管、贴边岔管和球形岔管、无梁岔管等类型。由于岔管的体型比较复杂,体型展开计算和结构设计均非常困难,需要经过复杂的平面几何计算才可以得到正确的施工图,因此,决定使用三维CAD技术进行岔管施工图的设计。

4.2计算步骤

以非对称的Y形三梁岔管为例,使用圆柱管作为主管,使用圆锥管作为支管,主管和支管的肋板厚度和管壁厚度均为18.3mm,内径分别为600mm和300mm,因此,设计公切求的半径为300mm。按照三梁岔管构造的相关要求,取分岔锥管腰线折角为11°,具体的设计步骤如下。(1)使用装配设计模块和零件模块,根据几何参数建立立体模型,见图1。(2)根据CAD软件的草图功能,应用提前功能对体型图进行确定,并测量出控制体型图形状的主要数据,主管和支管的体型图见图2。(3)利用软件的展开功能,将内表面图形展开,并得到具体的主管和支管展开图,将主管展开曲线坐标的数据提取出来,量出大小U梁内缘椭圆长、腰梁、短轴的具体长度,并确定具体的方程。

4.3设计结果

使用三维CAD技术来设计岔管的三维模型,得到的坐标值和数解法计算结果基本一致,可以满足精度要求。在整个设计过程中,没有运用计算公式,整个设计过程快捷、直观,操作步骤简单,效率高,工作量小,可以直接输出设计结果,不用使用软件进行再次绘制。

5结论

从理论到具体事例都表明三维CAD技术比传统的手工方式绘图的准确性更高、携带更加方便,彻底改变了手工计算后绘制的历史。不过,为了进一步保证设计质量,适应新时代的发展,作为设计人员,要不断的提升自身的专业素质水平,设计出符合规定要求的水利水电工程施工图。