列车流线型外形三维参数化CAD系统

第2卷　第4期2002年12月交通运输工程学报

Journal of T raffic and T ranspo rtation Engineering

V o l 12　N o 14D ec .2002

收稿日期:2002207206

基金项目:教育部高等学校骨干教师资助计划项目

作者简介:缪炳荣(19702),男,江苏泰县人,西南交通大学硕士生,从事机车车辆CAD CA E 研究.

文章编号:167121637(2002)0420034204

列车流线型外形三维参数化CAD 系统

缪炳荣,肖守讷

(西南交通大学机车车辆研究所,四川成都　610031)

摘　要:随着提速的要求,高速列车外形的流线化设计已经成为一种趋势。介绍了二次开发三维参数化曲面建模CAD 系统的基本方法,基于A u toCAD 2000平台,利用O b jectA RX 2000和V C ++610技术开发了集成CAD 系统——L Su rfCAD ,并介绍了系统的主要功能和界面。关键词:列车;三维参数化CAD ;曲面建模

中图分类号:U 260164;T P 391172 文献标识码:A

3-D param etr ic CAD system of locom otive w ith stream l i ne surface

M IA O B ing 2rong ,X IA O S hou 2ne

(In stitu te of R ail V eh icle ,Sou thw est J iao tong U n iversity ,Chengdu 610031,Ch ina )

Abstract :A t h igh sp eed ,locom o tive m u st be designed w ith stream line su rface .T he 32D

p aram etric su rface m odelling CAD system is the key techn ique fo r design ing locom o tive .B ased on the p latfo rm of A u to CAD 2000,an in tegrate CAD system nam ed L Su rfCAD w as develop ed w ith

O b jectA RX 2000and V C ++

610.T he m ain functi on and in terface of the system w ere described .

9figs ,5refs .

Key words :locom o tive ;32D p aram etric CAD ;su rface m odelling Author resu m e :M I AO B ing 2rong (19702),m ale ,a graduate studen t of Sou thw est J iao tong U n iversity ,engaged in research of rail w ay locom o tive and veh icle CAD CA E .

随着铁路提速的要求,高速列车外形的流线化设计已经成为一种趋势。流线化外形的高速列车车体大致可以分为机车头部(驾驶室)和车身(车体中后部)。流线化的列车截面外形断面为腰鼓形,且列车驾驶室的设计由于其空间曲面造型的复杂性,使其成为机车车体结构设计的难点,同时列车外形结构应具备良好的气动性能及开阔的视野。

高速列车的流线化外形设计是根据空气动力学和高速列车设计相关理论,并且通过空气动力学数值模拟和比选,经过风洞模拟试验优化设计而成,以利于进行高速列车空气动力性能的研究和气动外形的设计。由于高速列车的高速运行,空气动力学的问题在高速铁路中占有重要的位置,即空气阻力与运

行速度的平方成正比,当列车时速达到300km h

运行时,其空气阻力,约占列车全部阻力的80%,所以高速列车头形必须进行流线化气动性能的外形设计,并考虑车体表面平滑化等各种减阻措施,同时要考虑气密性与气密强度的问题、舒适度的要求。

本文从工程实际应用出发,基于A u toCAD 2000开发平台,利用O b jectA RX 编程技术开发出的列车外形三维参数化CAD 系统(L Su rfCAD system ),是一个三维曲面造型系统。它可以使得A u toCAD 2000丰富灵活的二维设计功能与三维曲面造型功能融为一体,实现二维方案与三维方案良好的集成。用户可以直接在A u toCAD 2000平台上使用下拉菜单、图标菜单或者输入命令来直接执行列车三维曲面外形

的绘图功能,从而极大地减轻现场车体外形结构的设计难度和工作量。本文给出了参数化三维曲面造型系统的基本理论和开发方法。

1　列车外形CAD系统造型原理

A u toCAD2000具有良好的开发工具和丰富的编程接口,能够将V C++、O b jectA RX类库、M FC类库良好地结合在一起,构成A u toCAD2000强大而便捷的二次开发工具和调试平台,这在列车外形CAD的三维曲面模型的开发中得到了良好的验证。O b jectA RX开发工具主要是应用A P I应用程序接口函数,可以增强和扩展A RX开发环境。

列车外形CAD系统在设计时首先要确定总体结构的布置形式和外形的类型。根据高速列车设计理论,先初步确定选定的列车外形类型,以及结构设计方案,如是否是腰鼓型、普通型等(本系统可以根据选择参数的不同满足不同的设计要求),然后进行外形设计,并在系统内部进行参数优化。通过进行一定的参数计算后,确定出其他控制型线的尺寸,最终得出列车外形的长、宽、高、细长比等关键参数。

初算后,系统根据用户输入的结构参数,以及计算出其他相关的各个尺寸,进行参数有效性与合理性的判断,以及成型后用户的满意度,调整设计参数,进行列车外形参数的自动修改和重新设计。

最终利用三维曲线曲面的相关理论,以及自由曲线曲面的造型原理[2],将曲面片先绘制成线框模型,然后拼接成空间曲面的表面模型。同时可以将它形成的网格模型输出,进行强度校核计算。整个外形设计的过程系统以对话框的形式,供用户自由选择。

2　L SurfCAD系统简介

211　L SurfCAD系统体系结构与工作原理

L Su rfCAD可以划分为参数设计模块、图形初始化模块、三维曲面绘制模块、气动性能计算模块、有限元接口分析模块、二维绘图模块。参数设计模块包括了列车气动外形和高速列车设计的基本理论,当设计人员确定了外形的性能参数后,其余相关的设计参数会自动以这些参数为设计理论依据进行相应的设计。

在参数设计中融入了参数判断和修改模块,为设计人员反复调整各个设计参数创造了条件,解决了结构设计中,因为手工设计带来的运算量大,中间获取数据不准确等缺点问题。当设计师修改参数不合理或出错时,系统会自动弹出信息对话框,提示用户重新输入参数或放弃。三维曲面绘图模块是在用户进行图形初始化、参数设计输入等模块的操作完成后才可以进行的功能模块,否则绘图模块将不起作用,它是整个设计的核心,直接关系到设计的列车外形。二维绘图模块主要是利用A u toCAD2000内部的相关功能自动将设计完后的三维图转化为二维工程图,如图1所示

。

图1　系统的工作流程

F ig.1　D iagram of system p rocess

212　L Su rfCAD系统的界面

列车外形CAD系统(L Su rfCAD系统)采用了基于产品层次结构的界面设计技术,界面如图2～4

图2　主对话框

F ig.2　D iagram of m ain dialog

所示。用户界面友好,操作方便。本文选用了PDB对话框界面和A u toCAD界面风格融为一体。

系统操作方式根据设计者的习惯选择使用,可以从下拉式菜单执行,也可以利用图标按钮执行。可以在命令行调用主菜单执行绘图或直接输入相关模

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