简述基于UG WAVE技术的堆内构件参数化设计方法

屈英前 王尚武 刘红倩 袁志敏 白晓峰

摘 要 参数化设计技术已成为产品设计过程中一种最重要的设计方法。基于UG WAVE技术的参数化设计方法对堆内构件进行了参数化设计。参数化设计可及时为其他相关专业提供模型，更能方便、快捷地更新模型。并且支持并行设计，可实现网络协同设计，基于此可建立设计平台，把热工水力计算、力学计算、流场分析等融为一体，以提高设计效率，加快产品的设计。

关键词 参数化设计;UG WAVE;堆内构件

引言

早期的CAD系统是先绘制出图形，然后通过人际交互进行尺寸标注，其缺点主要表现在[1]：①不支持草图设计;②不能支持全部设计过程;③缺乏对产品内部不同组件关系的表示;④信息表达不完整，在不同的设计阶段表现出不同的设计属性;另一方面，这些数据信息又表现出多样性;⑤不能进行变动和系列化设计。参数化设计正是针对这些不足应运而生的。目前，参数化设计已成为CAD中最热门的应用技术之一，能否实现参数化设计也称为评价CAD系统优劣的重要技术指标，这是因为它更符合和贴近现代CAD中概念设计以及并行设计思想。

本文介绍了参数化设计技术及其在UG软件中的实现方式，阐述了基于UG WAVE技术的参数化设计方法，并进行了堆内构件的参数化设计。

1参数化设计方法

参数化是指将设计要求、设计原则、设计方法和设计结果用灵活可变的参数来表示，以便在人际交互的过程中根据实际情况随时加以更改。参数化设计与传统方法最大的不同在于它存储了设计的整个过程，设计人员的任何修改都能快速反应到几何模型上，并且能设计出一族形状相似而不是单一的产品模型。

2UG参数化设计的实现方法

2.1 系统参数与尺寸约束

UG NX具有完善的系统参数自动提取功能，它能在草图设计时，将输入的尺寸约束作为特征参数保存起来，并且在此后的设计中进行可视化修改，从而达到最直接的参数驱动建模的目的。UG的尺寸约束的特点就是将形状与尺寸联合起来考虑，通过尺寸约束实现对几何形状的控制。设计时必须以完整的尺寸参考为出发点（全约束），不能漏注尺寸或多尺寸。

2.2 使用表达式驱动图形

表达式是UG NX中参数化设计的一个重要的工具，在零件的参数化设计中起着很重要作用。使用表达式可以定义和控制零件的尺寸参数，通过建立算术和条件表达式可以控制一个零件之间的尺寸和位置关系，也可以控制几个草图之间的相互关系的设计，使之产生相关项。使用表达式很容易对零件进行修改，也容易实现零件的系列化设计。

2.3 利用电子表格驱动图形

UG的电子表格（Spreadsheet）提供了一个Microsoft Excel与UG间的智能接口。在建模应用模块中，UG电子表格式是较为高级的表达式编辑器，可以将参数信息从部件提取到Excel中，在更新部件前可进行手工处理。事实上，表格驱动的界面及内部函数为相关的参数化设计提供了方便而有力的工具。

2.4 基于Wave的自顶向下装配设计

从设计人员的思维角度来说，设计是一个不断细化求解、从全局到局部的过程，这是一种称为“Top-Down”的自顶向下的设计过程。

本文使用表达式结合WAVE技术来实现参数化设计，其优点在于：可利用WAVE的更新机制，通过修改总體参数进行可控制的更新;其参数化设计及控制结构支持并行设计，各零部件细节设计可同时展开，相互不影响;控制结构的建立有利于产品设计的管理与控制。

3堆内构件参数化设计

3.1 建立堆内构件的控制结构和装配结构，抽取总体参数

①抽取总体参数。堆内构件的总体参数是指堆芯几何尺寸（堆芯当量半径、堆芯活性段高度）、吊篮筒体内外径等，根据这些参数来开展堆内构件的设计。考虑整个堆内构件控制结构时，以堆芯为中心，在径向、轴向和周向三个方向上分别确定各设备、部件之间的约束和重要数值，从而确定出堆内构件的总体参数。将抽取的总体参数输入到UG表达式里。②划分堆内构件主要的子系统。堆内构件的子系统主要包括可拆接头组件、压紧弹簧组件、压紧组件和吊篮组件等。为了简化控制结构，4个主要的子系统（设备）下不再分成较小的子系统。③建立堆内构件控制结构图。建立三个绝对基准面和三个绝对基准轴。其中+ZC指向上，为堆芯中心线;XC和YC面为绝对基准面，即堆芯活性段上端面。同时建立所需要的径向、轴向和周向参考面，如压紧筒体内径参考面、吊篮内径参考面等。

3.2 建立起始部件和链接部件

根据堆内构件的子系统划分和各子系统中的主要零部件，建立起始部件和链接部件。建立起始部件时，选择相应的基准面、基准轴和参考面，将控制结构中的参数传递给起始部件，使其含有重要的位置、几何信息，通过引用集的方式传递给链接部件，也就是实际的零部件。对于链接部件，使用参数化的特征建模技术完成部件的细节设计，期间依然可以引用已定义的总体参数。

3.3 堆内构件三维模型装配

利用自顶向下装配建模的方法，完成各级系统的装配工作。因为两部件中已经含有了位置信息，因此在装配时使用绝对坐标，不使用配对关系进行定位。在装配时，只需装配链接部件。

3.4 设计评估及模型更新

整个堆内构件装配完成后，可以计算堆内构件的重量、重心等物理属性。利用堆内构件的实体模型，开展力学计算、流场分析、虚拟制造、虚拟安装/拆卸、虚拟维修等方面的工作。

当堆内构件模型评估结果与设计要求不符时，需要更改模型。此时只需修改顶级总体参数，利用WAVE的更新机制，进行可控制的更新，包括实时更新、局部更新，预测总体参数变更影响到哪些零部件。

4结束语

基于UG WAVE技术的参数化设计方法可及时为其他相关专业提供模型，方便、快捷地更新模型。并且支持并行设计，可实现网络协同设计，基于此可建立设计平台，把热工水力计算、力学计算、流场分析等融为一体，可提高设计效率，加快产品的设计。

参考文献

[1] 董玉德，谭建荣，赵韩.基于约束参数化的设计技术研究现状分析[J].中国图像图形学报，2002（6）：532-537.