CN103970955A - 一种船闸参数化建模及预览的动态显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船闸参数化建模及预览的动态显示方法，基于Visual Basic6.0对Solidworks2010进行二次开发，通过接口访问及其内部函数的调用来建立船闸各部分的模型，为组成船闸整体，调用执行程序完成虚拟装配并进行各项预览操作。包括闸室设计模块(1)；上、下闸首及其闸门设计模块(2)；预览模块(3)。本发明在分析船闸结构基础上，通过控制关键尺寸，实现了船闸上闸首、下闸首、闸室以及闸门的参数化设计，减少了设计人员重复工作量，提高了设计效率；实现了船闸工作过程的动态预览和展示，通过一个工程实例检验程序开发结果，能较好地实现程序开发目的，为设计人员分析计算结果和预览模型提供了一种方便的手段。

Description

一种船闸参数化建模及预览的动态显示方法

技术领域

本发明涉及航道工程，尤其是一种船闸参数化设计与可视化的动态显示方法。

背景技术

船闸是为船舶克服航道水位落差而建造的一种通航建筑物，能有效地改善航道的通航条件。其主体结构包括闸室，上、下闸首和引航道等部分。船闸的结构比较复杂，特别是上闸首与下闸首，输水廊道与消力设施变化较多，空间形状不规则。以往设计成果往往以图纸型式呈现，模型表达信息详细但不比三维模型直观易理解，尤其是闸首部分很难形象表达，也在一定程度上给设计人员之间的交流与设计成果的修改完善增加了难度。

针对此现状，人们借助计算机科学，利用三维CAD技术，通过三维建模软件，如AutoCAD等建立船闸模型。这种方法便于成果交流和直观预览，也解决了表达细部结构时效果较差的问题。目前的船闸建模软件多注重结构的力学计算和稳定分析，而对船闸细部结构没有给予足够重视，因而简化了模型外观；考虑到闸首的结构复杂度大大超过了闸室，前人利用三维CAD技术建立船闸模型时对闸首建模进行了方法分析和参数化设计，但是对船闸整体模型的三维建模尚没有深入研究，其建模成果以静态浏览为主，不能全面展示船闸整体的画面效果或细致模拟船闸的工作过程，这也是船闸建模程序开发的一个问题。本发明开发平台为Solidworks2010，开发工具为Visual Basic6.0。通过接口访问调用内部不同方法与属性建立船闸整体建模程序。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种能够参数化建立船闸模型，且可以动态预览船闸整体的建模及显示的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种船闸参数化建模及预览的动态显示方法，基于Visual Basic6.0对Solidworks2010进行二次开发，通过接口访问及其内部函数的调用来建立船闸各部分的模型，为组成船闸整体，调用执行程序完成虚拟装配并进行各项预览操作，包括如下部分：

闸室设计模块(1)；上、下闸首及其闸门设计模块(2)；预览模块(3)；输水廊道剖面图、船闸工作过程效果图。

所述闸室设计模块(1)中，在Visual Basic设计界面中输入闸室各部位尺寸，程序运行后首先激活Solidworks文件，根据数据调用Solidworks内嵌的API函数生成闸室的零件文件同时自动保存在指定文件夹中，供用户调用和修改。设计人员输入闸室及上部胸墙设计参数。闸室设计参数包括：闸室长度(镇静段及有效长度)、闸室宽度、闸室净高度、底板厚度、边墙宽度、边墙外侧底部竖直墙高度；胸墙设计参数包括：胸墙高度、胸墙宽度、胸墙下外侧水平距离。

所述上、下闸首及其闸门设计模块(2)中，方法将上、下闸首与对应闸门在同一模块中建立，并保存在同一个文件夹中，装配体环境模拟船闸工作过程时需分别调用。闸首与闸门建模原理相同，首先建立了固定形式的闸门与闸首模板。程序运行后，调用Solidworks内部函数，根据输入的尺寸参数生成模型。上闸首与下闸首的结构型式大致相同，总体分为：输水廊道、闸首边墩和闸首底板三个部分。输水廊道设计参数包括：沿程各关键位置处转弯半径、进水口宽度、出水口宽度、阀门处宽度、阀门的位置和尺寸。闸首边墩设计参数包括：门前段长度、门龛段长度、支持段长度、检修闸门厚度、边墩宽度和高度。闸首底板人字闸门设计参数包括：底板长度、宽度和高度。闸门长度、宽度、高度以及两侧闸门关闭时相接触处高水位一侧的长度缩短距离。根据建模前确定的参数，在此输入数据，通过参数化建模生成上闸首、下闸首与人字闸门的模型。

上述输水廊道均采用集中式输水，上闸首和下闸首的建模在两个界面中完成。界面中包括上闸首的建模和上闸首一端闸门的建模，两部分模型相互独立的保存，以便扩展功能。

所述预览模块(3)中，观察输水廊道剖面图时，调出闸首模型，输入剖面到底板底部距离，即可在此位置生成剖面。上、下闸首内部的输水廊道为中空结构。为更方便预览内部结构，首先调用出已经建立好的模型，选择不同视角预览闸首三视图，此时模型变为线架图，点选“实体模型”重新变为实体图形。在数据框中输入剖面到底板底部距离，点选“输水廊道剖面预览”即可在此位置生成剖面，观察输水廊道剖面图。

所述预览模块(3)中，已知船闸各处水位，闸门启闭时间，模拟船闸工作过程时，首先插入已经建模结束并保存的闸室，闸首，闸门等零部件，在装配体环境下，将上、下闸首与闸室通过“配合”功能固定连接起来，而闸门相对于水流方向可以绕轴转动，制作动画时通过控制闸室内外水位、闸门位置模拟船闸的工作过程。用户输入条件观察输水廊道效果图、船闸工作效果图。

有益效果：本发明在分析船闸结构基础上，通过控制关键尺寸，实现了船闸上闸首、下闸首、闸室以及闸门的参数化设计，减少了设计人员重复工作量，提 高了设计效率；实现了船闸工作过程的动态预览和展示，通过一个工程实例检验程序开发结果，能较好地实现程序开发目的，为设计人员分析计算结果和预览模型提供了一种方便的手段。

附图说明

图1是实例中的闸室结构示意图；

图2是上闸首及其闸门结构示意图；

图3是上闸首参数化设计界面；

图4是下闸首及其闸门结构示意图；

图5是下闸首输水廊道剖面图；

图6是船闸整体结构示意图；

图7是船闸整体效果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

(1)方法基于Visual Basic对Solidworks进行二次开发，通过闸室模块，上闸首及其闸门模块、下闸首及其闸门模块建立船闸模型，通过预览模块在Solidworks装配体环境下将各个部分组合成船闸整体实现可视化预览。根据工程，船闸结构的设计参数得出后，根据数据建立闸室模型，闸室结构图如图1所示。

(2)闸室建模完成后进行上闸首及其闸门的建模。人字闸门的结构由长度、宽度、高度以及两侧闸门关闭时相接触处高水位一侧的长度缩短距离等尺寸确定。上闸首输水廊道形状由若干关键尺寸决定：进水口宽度6m，出水口宽度5m，阀门宽度处4m，进水口外侧转弯半径6m、内侧转弯半径1.5m，出水口外侧转弯半径7m、内侧2m。上闸首沿水流方向分为门前段、门龛段、支持段三部分。本实例中门前段1.6m，门龛段15m，支持段8.4m，为预留安放闸门的维持，门龛段向内侧挖入2m。上闸首及其闸门结构示意图如图2所示。下闸首及其闸门建模过程与上闸首及其闸门建模类似，其结构示意图如图4所示。

(3)预览模块在装配体环境下工作，将各个部位调入并按真实形状组合在一起，通过配合关系确定各部位的空间位置。在该模块中可细致观察输水廊道剖面图。输入剖面到底板底部距离4m，可在此位置生成剖面图。输入船闸上、下游 及闸室水位，还可实时预览船闸工作过程。下闸首输水廊道剖面图如图5所示，船闸整体结构示意图如图6所示，船闸整体效果图如图7所示。

Claims (5)

1.一种船闸参数化建模及预览的动态显示方法，基于Visual Basic6.0对Solidworks2010进行二次开发，通过接口访问及其内部函数的调用来建立船闸各部分的模型，为组成船闸整体，调用执行程序完成虚拟装配并进行各项预览操作，其特征在于，包括：

闸室设计模块(1)；上、下闸首及其闸门设计模块(2)；预览模块(3)；输水廊道剖面图、船闸工作过程效果图；

所述闸室设计模块(1)中，在Visual Basic设计界面中输入闸室关键部位尺寸，程序运行后首先激活Solidworks文件，根据数据调用Solidworks内嵌的API函数生成闸室的零件文件同时自动保存在指定文件夹中，供用户调用和修改；

所述上、下闸首及其闸门设计模块(2)中，方法将上、下闸首与对应闸门在同一模块中建立，闸首与闸门建模原理相同，首先建立了固定形式的闸门与闸首模板，程序运行后，调用Solidworks内部函数，根据输入的尺寸参数生成模型，闸首与闸门零件文件没有关联，装配体环境中模拟船闸工作过程时需分别调用，便于管理和修改,并保存在指定文件夹中；

所述预览模块(3)中，为观察闸首结构，根据不同视角生成闸首三视图；观察输水廊道剖面图，首先调出上闸首或下闸首模型，结合预览部位输入剖面到底板底部距离，即可在此位置生成剖面。

2.根据权利要求1所述一种船闸参数化建模及预览的动态显示方法，其特征在于:所述闸室设计模块(1)中，设计人员输入闸室及上部胸墙设计参数；闸室设计参数包括：闸室长度(镇静段及有效长度)、闸室宽度、闸室净高度、底板厚度、边墙宽度、边墙外侧底部竖直墙高度；胸墙设计参数包括：胸墙高度、胸墙宽度、胸墙下外侧水平距离。

3.根据权利要求1所述一种船闸参数化建模及预览的动态显示方法，其特征在于:所述上、下闸首及其闸门设计模块(2)中，上闸首与下闸首的结构型式大致相同，总体分为：输水廊道、闸首边墩和闸首底板三个部分；

输水廊道设计参数包括：沿程各关键位置处转弯半径、进水口宽度、出水口宽度、阀门处宽度、阀门的位置和尺寸；闸首边墩设计参数包括：门前段长度、门龛段长度、支持段长度、检修闸门厚度、边墩宽度和高度；

闸首底板人字闸门设计参数包括：底板长度、宽度和高度；闸门长度、宽度、高度以及两侧闸门关闭时相接触处高水位一侧的长度缩短距离；根据建模前确定的参数，在此输入数据，通过参数化建模生成上闸首、下闸首与人字闸门的模型。

4.根据权利要求3所述一种船闸参数化建模及预览的动态显示方法，其特征在于:所述输水廊道均采用集中式输水，上闸首和下闸首的建模在两个界面中完成；界面中包括上闸首的建模和上闸首一端闸门的建模，两部分模型相互独立的保存，以便扩展功能。

5.根据权利要求1所述一种船闸参数化建模及预览的动态显示方法，其特征在于:所述预览模块(3)中，预览船闸工作过程，调出已建立的闸室、上闸首、上闸首闸门、下闸首、下闸首闸门模型，根据实际工程空间位置，在Solidworks装配体环境下，再调用内部配合功能，通过“配合”，“同心”，“角度距离”等约束条件固定各结构位置建立船闸整体；已知船闸内外水位，闸门启闭时间，提前算出闸门关闭时与水流方向夹角，通过控制闸室内外水位改变值、闸门的启闭状态，结合关键时间点便可模拟船闸的工作过程，进一步作出动画成果。