基于CATIA的飞机复杂结构件三维参数化设计①

吕超+刘学杰

摘 要：利用CATIA软件进行三维设计在飞机结构设计中应用广泛，但是大部分飞机零件因为结构复杂，设计过程更改频繁等因素使得零件的建模过程工作量大、效率低，增加了设计人员的工作负担。参数化设计建模方法可以实现使几何模型特征与用户设置参数关联，从而提高飞机复杂结构件的设计更改和设计迭效率，提高复杂结构件模型的可读性，是针对飞机复杂结构件设计建模的一种有效手段。该文对飞机复杂构件参数化设计的方法进行了分析，通过实例阐述了复杂结构件参数化设计的一般步骤，对于复杂结构件三维设计建模具有很好的借鉴意义。

关键词：参数化设计 复杂结构件 CATIA

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（b）-0003-02

飞机结构设计中复杂结构件的三维设计建模过程一般比较复杂，在进行设计更改时复杂的建模过程以及建模过程中产生的大量内部特征交联关系给模型更改带来了很大困难。复杂的建模过程使得模型建模过程的可读性差，大量内部特征交联关系在模型更改时出现交联错误报告的概率大大提升，这些都使得飞机复杂结构件在设计过程中模型更改及设计迭效率低下。

CATIA是世界上一种主流的CAD/CAE/CAM一体化软件，广泛应用于航空航天、汽车、造船和电子设备等行业。CATIA V5三维设计软件提供了强大的参数化设计功能，参数化设计可以很好的提高飞机复杂结构件模型更改的效率，增强复杂构件模型的可读性。该文基于CATIA V5三维设计软件，针对飞机复杂结构件进行参数化设计建模分析，介绍参数化建模思想及方法。

1 参数化设计建模分析

参数化设计建模是将模型主要几何特征与参数关联，使零件特征“参数化”。“参数化”的零件更改不再基于特征命令工具来完成，只要对相应的参数进行更改即可。参数化设计建模将特征参数的变化准确、严格地映射到几何模型，然后通过控制特征参数来实现模型几何特征的自动更改，提高复杂结构模型的可读性及建模效率。该文作者通过对参数化设计的原理分析，再结合实际工作经验，总结出要进行飞机复杂结构件的参数化设计前必须进行以下工作。

（1）分析明确需要参数化控制的几何特征。

（2）根据几何特征确定所需对应的特征参数。

（3）分析明确特征参数和几何特征之间严格的映射关系。

因此，飞机复杂结构件参数化设计建模流程应采用以下逻辑顺序。

（1）零件几何特征要素分析。

（2）建立特征参数。

（3）零件几何体建模。

（4）特征参数与几何特征关联。

下面举例说明参数化设计建模方法及过程。

2 某飞机框类零件参数化建模过程

2.1 零件特征要素分析

在零件建模前应分析零件的各特征要素，以及预期可能的更改，分析哪些几何特征需要设立参数。以图1零件为例，该零件是典型的飞机框类零件，该零件的主要特征有：缘条、腹板、筋条。根据设计经验存在的设计不确定性主要在于几何厚度尺寸、筋条分布范围和数量、腹板高度等方面，计划设置参数有：外缘条厚度、上半框内缘条厚度、上半框筋条厚度、上半框腹板厚度、上半框腹板高度、上半框筋条对称分布角度、上半框筋条数量、下半框内缘条厚度、下半框筋条厚度、下半框腹板厚度、下半框筋条数量。

2.2 建立特征参数

在经过零件特征要素分析确定参数设置后，根据对应特征选择适当类型的参数，并在CATIA软件中建立相应的参数。使用“知识工程”工具栏中的“公式”创建特征参数并给相关参数赋值，如图2。

2.3 零件几何体建模

利用CATIA软件完成模型几何体建立。

几何体建模是参数化设计过程中的重要一环，它不仅是参数化设计的载体和对象，而且几何体模型的造型方法对参数化设计有着显著影响，甚至有可能决定着某一几何特征能否按原计划实现参数化建模。基于CATIA的几何特征建模可以通过多种方式方法完成创建，但是建模过程必须考虑参数化设计的实现，尽量采用便于参数使用，逻辑思路简洁清晰的方法，采用最便利的功能模块进行。对于飞机复杂结构件建模更是如此，涉及的几何特征越多，造型越复杂，设立的特征参数越多，几何体建模的思路、方式方法就显得越关键。

2.4 参数与模型特征关联

CATIA软件允许参数之间通过函数关系进行关系互联，对于有量纲量、无量纲量，甚至是点、线等都可以通过参数间的函数关系参与飞机复杂结构件参数化建模过程，为飞机复杂结构件建模提供了极大的空间和便利性，有力的支持复杂几何特征的参数化过程。

使用“知识工程”工具栏中的“公式编辑器”创建特征参数与对应的模型几何特征的关联关系。通过“知识工程”工具栏为模型几何特征创建以参数为自变量的函数，关联后特征参数与对应的模型几何特征建立了函数映射关系，特征参数为自变量，模型几何特征为因变量。函数关系创建过程如图3。

2.5 参数化设计结果

参数与模型特征关联后，特征参数的更改会引起模型几何特征的相应更改，更改过程简洁、有效。通过参数进行模型几何特征更改效果见图4。

3 结语

飞机复杂结构件采用参数化设计方法可以提高设计更改效率，提高零件模型的可读性，缩短设计建模周期，减轻设计人员建模负担。参数化设计方法对于飞机复杂结构件的三维设计建模具有很好的借鉴意义。

参考文献

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