AutoCAD平台下的换热设备零件三维造型（2）教程

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　　3 3 3　布尔运算(Boolean)

　　对于一些复杂的实体造型，可以在挤出和旋转法生成三维实体的基础上，通过一定的布尔运算来实现。布尔运算有3种:并(union)、交(subtract)、差(intersection)。在ARX程序中通过调用AcDb3dSolid类的成员函数booleanOper()来实现。其原型如下:ACAD::booleanOper(AcDb::BoolOperTypeoperation，AcDb3dSolid pSolid)，其中参数operation为布尔运算类型，布尔并为AcDb::kBoolUnite，布尔交为AcDb::kBoolIntersect，布尔差为AcDb::kBoolSubtract，pSolid表示另一个参加布尔运算的实体的指针。

　　换热设备中大多数零部件非常复杂，需要联合运用挤出、旋转和布尔运算才能完成零部件的三维造型。下面通过延长部分兼做法兰的管板的三维实体造型，介绍换热设备零部件三维造型系统的具体开发过程。

　　4　三维造型实例

　　管板是换热设备中重要的部件之一，经常要对管板进行温度场和应力场的有限元分析，因此需要建立管板的三维模型，并根据分析结果不断的优化、修改管板的模型。如果用手工建模，势必将加大设计分析人员的枯燥的工作量，大大降低工作效率。而采用参数化程序建模，用户可以在很短时间内建立和优化修改模型。

　　管板是一块按照布管方式开了许多管孔的圆平板，管板的三维造型就是通过三维参数化绘图，在输入了筒体的公称直径DN，换热管的外径dh，管板的厚度H和布管方式等，直接生成管板的三维实体。下面以单壳程单管程的正方形方www.Tulaoshi.com式布管的延长部分兼做法兰的管板为例，叙述管板三维造型程序的开发过程。

　　4.1　管板二维对象的生成

　　管板在结构上属于回转体，因此只需生成管板截面的一半即可，如图4所示。建立坐标系，给出图示各点的坐标，用函数AcDbPolyline()生成封闭的二维多段线，并生成二维图形域，调用函数revolve()，将此二维图形域绕Y轴旋转生成平板三维模型(未挖孔)。

图4　管板半截面示意图

　　4.2　管板的布管程序算法

　　以管子正方形排列的单管程布管为例，建立计算模型，如图5所示。

　　程序采用迭代的方法确定换热管的中心位置，其迭代过程如下。

　　4.2.1　确定迭代初值

　　中心布管奇数排列时，迭代式为:

　　x=x0，x=x+p

　　y=y0，y=y+p

　　中心布管偶数排列时，迭代式为:

　　x=x0+p/2，x=x+p

　　y=y0+p/2，y=y+p

　　式中x0，y0为迭代初值，根据管程情况取值;p为换热管中心距。经过迭代能够运算出每根换热管管孔的中心坐标(x，y)。

　　4 2 2　确定每根换热管中心位置

　　根据管程情况，确定x0和y0初值，根据中心布管奇数排列还是偶数排列，确定迭代公式，进行迭代循环。每一层迭代循环过程中，计数器开始累加换热管的总数sum=sum+1;直到

　　令y=y+p，进行下一层迭代。如此循环，直到 为止。迭代循环结束时，计数器累加了所有的换热管根数sum。式中Dl为管板布管限定圆直径，其计算公式参考文献[5]。

　　确定了换热管中心位置后，调用函数createFrustum()生成以换热管中心为中心，以管板厚度为高的圆柱体。运用布尔差运算在管板实体中挖去每个圆柱体。其程序流程框架图如图6所示。

　　4 3　生成螺栓孔和拉杆孔

　　根据以上方法，在延长部分确定法兰螺栓孔中心位置，生成圆柱体，运用布尔差运算生成螺栓孔。如法炮制，生成拉杆孔。

　　至此，管板三维造型已经完成。运用上述方法可完成换热设备其他零部件的三维实体造型系统。

　　5　系统的运行

　　在VC++6 0的环境下，运行该程序，得到一个管板设计 ARX动态连接库程序。启动AutoCAD2000，点击换热设备零部件三维造型系统下拉菜单中的延伸部分兼做法兰菜单项，AutoCAD将自动加载该 ARX文件，同时向AutoCAD内部命令堆栈中添加管板三维造型ARX程序的命令tubesheet。执行该命令，弹出管板三维造型对话框，进行人机交互，输入绘制管板的必要参数，按“三维造型”按钮，即可运行程序，生成管板的三维实体如图7所示。

　　6　三维造型系统的应用

　　基于AutoCAD平台开发的换热设备零部件三维造型系统，能够直接利用AutoCAD的内核代码，共享AutoCAD2000的地址空间，具有较高的程序开发和执行效率。该系统具有非常友好的操作界面，运行该系统，通过人机交互的方式，输入必要的数据，能精确绘制零部件三维实体图形，通过修改设计参数，可随时修改创建模型。该系统准确、方便、省时，实现了从数据到图纸的计算机参数化绘图，在换热设备零部件设计和有限元分析中发挥了重要作用。

　　6.1　方便快捷的建模

　　在AutoCAD环境下手工建模需要花费大量的时间和精力，特别是运用ANSYS有限元分析软件对零部件进行温度场和应力