虚拟仿真技术在水泵课程中的应用

王 江，吴建华

（1.太原理工大学 水利工程学院，山西 太原 030024；2.山西水利职业技术学院，山西 运城 044000）

虚拟仿真技术在水泵课程中的应用

1，2王 江，1吴建华

（1.太原理工大学 水利工程学院，山西 太原 030024；2.山西水利职业技术学院，山西 运城 044000）

主要针对离心泵整体部件的虚拟仿真制作进行研究，主要包括：实现了基于三维实物离心水泵的快速建模，导出二维图纸进行编辑和导出三维动画演示的制作过程。

虚拟仿真；三维建模；二维图形；动画

一、引言

虚拟仿真技术是对虚拟现实技术和系统仿真技术的合称。虚拟仿真技术随着计算机技术的发展而形成的新兴学科，它是通过建立真实的数学模型，利用计算机来达到对系统的分析、研究、设计等目的。

二、所用到的软件

1.Solidworks软件

Solidworks是美国参数公司开发的参数化建模软件，是新一代CAD/CAM系统软件。其功能强大，集零件设计、大型组件装配、模具开发、钣金设计、造型设计、机构仿真及有限元分析等功能于一体，广泛应用于机械、电子、航空航天等领域。

2.autocad软件

AutoCAD是由美国Autodesk欧特克公司于20世纪80年代初为微机上应用CAD技术而开发的绘图程序软件包，经过不断的完善，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。

3.vrml软件

VRML 是一种建立在 Internet 上的交互式三维多媒体的建模语言，它具有分布式、三维、交互性、多媒体集成、境界逼真等特征，被称为第二代Web语言。VRML通过节点进行三维描述，任何对象都用节点表示，可以通过标准形状节点和高级形状节点，创造虚拟环境中的静态虚拟对象；通过各种动态造型节点和时间传感器节点，实现动态建模；通过传感器节点和视点控制，使系统能与用户交互。

三、具体实施步骤

1.利用Solidworks软件快速建立离心泵模型

（1）设计步骤：采用自下向上的装配设计。即零件设计和造型完成后，在装配环境中通过施加装配约束，完成装配模型。具体的实施过程主要有：a.零件设计。逐一构造所有零件的特征实体模型。b.零部件的引用。c.装配规划。

（2）绘制方法：a.根据叶片木模图的要求，用户首先在SolidWorks软件中建立一组等距（或不等距）的轴垂面。木模图中叶片工作面与背工作面的木模截线是由所有轴垂面分别与叶片工作面、背工作面通过面面相交得到的交叉曲线。在 SolidWorks软件中提供了非常方便的求解交叉曲线的工具。用户只需调用“交叉曲线”工具，再分别拾取所有的轴垂面与工作面、背工作面，即可自动得到所有的木模截线。b.根据叶片的三维模型可以自动投影生成二维工程图。将三维模型中生成的木模截线显示到工程图中，并通过画线、阵列的方式得到所有的轴截面线条。对于背工作面的视图，可以采用相同的方法得到。用户还可以通过SolidWorks中的“旋转工程视图，对齐工程视图”命令将工作面与背工作面两个视图进行定位，最终可以得到木模图。通过此方法生成叶片的木模图，不仅准确、方便，而且能实现叶片三维模型与二维木模图的关联，有效解决了传统设计方法中水力图与三维模型数据的孤立性。c.通过人机交互的方式指定叶片各轴截面、工作面、背工作面以及叶轮旋转中心后，通过程序自动求解轴截面与工作面、背工作面的交叉曲线，然后对曲线旋转，得到一系列旋转曲面。指定的截平面实质上是轴面截线的投影平面，通过截平面与生成的旋转曲面求交叉曲线，实质上是将所有轴面截线旋转投影到截平面上，最后再输出到工程图中，前后盖板的轮廓线可以通过转换实体的形式，将盖板轮廓线输出到工程图中，完成轴面图的绘制。

2.将制作出的三维模型导出为autocad文件

（1）导出方法：点击“另存为”，在保存类型中选择“Dwg（*.dwg）”，保存位置和文件名称由设计人员自己定，完成后点“保存”（或Alt+s）。这时会自动弹出So1idworks到Dwg的对话框，在左边的定义图层中设置好图层的名称、颜色、和线条式样，可以参考GB／T14665—1998。在右侧的映射实体，这是把solidworks中对应的实体放到DWG文件的各图层的设置，把各实体分别放到定义图层中定好的图层上去，要一一对应，在这里颜色和线条样式可以不再选择，系统会自动对应到前边定义图层时的颜色和线条样式。做到这里可以保存映射文件，放到合适位置，当然你储存的若有映射文件，可以直接选择装入映射文件即可跳过上面的步骤，单击“确定”即可完成在solidworks中的操作。

（2）进行二次编辑及平面图的打印输出

3.将solidworks文件导出为vrml文件

（1）导出方法：选择file/export菜单，出现一个对话框，点击“存为类型”下拉选单框，选择“VRML97（*.wrl）”文件类型，最后取一个相应的名称，这里取*.wrl，单击“保存”，会出现一个VRML97Exporter对话框，取其默认值，单击ok即可生成需要的wrl文件。导出的wrl文件是文本方式的，其中有许多不必要的回车符、空格符和TAB符等，因此它的压缩潜力是比较大的。在最终的VRML场景编辑完成后，使用gzip工具对VRML文件进行压缩，几乎压缩成原来文件大小的十分之一，而且完全不影响执行。VRML浏览器会自动识别和解压gzip格式的压缩文件。

（2）播放方式：VRML多媒体课件的播放需要硬件和软件的支持。VRML课件对硬件配置的要求不高，一般而言现在的计算机基本上都能满足；在软件上，VRML多媒体课件的播放需要VRML浏览器。如同HTML需要解释器（如IE）一样，观看VRML文件生成的三维交互世界也需要解释器，即VRML浏览器。常用的VRML浏览器有Cosmo Player、Cortona和 WorldView等，我们可以从从网上下载VRML浏览器。本文使用的是Cosmo Player浏览器。

[1] 侯永涛，黄娟. SolidWorks机械设计实用教程[M]. 化学工业出版社，2006.

[2] 叶修梓，陈超祥. SolidWorks基础教程：工程图[M]. 机械工业出版社，2005.

G642

A

1008-7427（2011）11-0147-01

2011-09-08

作者王江系太原理工大学在读研究生，山西水利职业技术学院讲师；吴建华系太原理工大学教授，博导。