Разработка создания геометрии объектов в граничном представлении для подготовки начальных данных инженерного анализа в ПК ЛОГОС

В данной работе исследуется геометрическое ядро, его назначение и типы. Рассматриваются типы геометрических поверхностей и способы их получения. Реализованы алгоритмы построения поверхности выдавливанием кривой вдоль заданной оси и построение поверхности вращением кривой вокруг заданной оси для программного комплекса ЛОГОС.

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 16
1. ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ …………………………………………………………………………………………………………. 18
1.1. Системы автоматизированного проектирования CAD ………………………………………………………… 18
1.2. Автоматизированные системы инженерного анализа CAE …………………………………………………. 19
1.3. Геометрическое (математическое) ядро ………………………………………………………………………………. 21
1.3.1. Основные типы геометрических ядер для создания CAD/CAE систем ……………………… 21
1.3.2. ПК ЛОГОС на основе 3DTV …………………………………………………………………………………….. 23
1.4. Типы геометрических представлений …………………………………………………………………………………. 23
1.4.1. B-rep ………………………………………………………………………………………………………………………… 23
1.4.2. CSG …………………………………………………………………………………………………………………………. 24
1.4.3. Faceted……………………………………………………………………………………………………………………… 24
2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ………………………………………………………………………………………………………. 26
2.1. Геометрическое моделирование ………………………………………………………………………………………….. 26
Геометрические объекты ……………………………………………………………………………………………………………….. 26
2.2. Точка ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 26
2.3. Линии. Геометрия кривой …………………………………………………………………………………………………… 26
2.3.1. Кривые Безье …………………………………………………………………………………………………………… 28
2.3.2. Сплайн …………………………………………………………………………………………………………………….. 29
2.3.3. B-сплайн ………………………………………………………………………………………………………………….. 31
2.3.4. NURBS кривые ………………………………………………………………………………………………………… 32
2.4. Геометрия поверхности ………………………………………………………………………………………………………. 38
2.4.1. Поверхности движения…………………………………………………………………………………………….. 38
2.4.2. Линейчатые поверхности …………………………………………………………………………………………. 40
2.4.3. Сплайновые поверхности ………………………………………………………………………………………… 42
2.4.4. Поверхности Безье …………………………………………………………………………………………………… 44
2.4.5. Рациональные поверхности ……………………………………………………………………………………… 45
2.4.6. NURBS – поверхности ………………………………………………………………………………………………. 48
2.5. Топология …………………………………………………………………………………………………………………………… 53
3. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ………………………………………………………………………………………………………… 55
3.1. Описание реализованных алгоритмов ………………………………………………………………………………… 55
3.2. Пример использования разработанного инструмента «Создание поверхности протягиванием»
13
3.3. Пример использования разработанного инструмента «Создание поверхности вращения» ….. 66
4. Социальная ответственность …………………………………………………………………………………………………….. 71
4.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……………………………………… 71
4.1.1. Специальные (характерные для проектируемой рабочей зоны) правовые нормы
трудового законодательства ……………………………………………………………………………………………….. 71
4.1.2. Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны……………………………….. 72
4.2. Профессиональная социальная ответственность ………………………………………………………………… 73
4.2.1. Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать объект исследования… 73
4.2.2. Обоснование мероприятий по защите персонала предприятия о действия опасных и
вредных………………………………………………………………………………………………………………………………. 84
4.3. Экологическая безопасность ……………………………………………………………………………………………….. 87
4.3.1. Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду ………………………………… 87
4.3.2. Обоснование мероприятий по защите окружающей среды ……………………………………….. 87
4.4. Безопасность в чрезвычайной ситуации ……………………………………………………………………………… 87
4.4.1. Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект исследований ……………. 87
4.4.2. Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка порядка действия в
случае возникновения ЧС …………………………………………………………………………………………………… 88
4.5. Выводы и рекомендации …………………………………………………………………………………………………….. 90
5. Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных исследований с
позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения ……………………………………………………………….. 90
5.1. Потенциальные потребители результатов исследования …………………………………………………….. 90
5.2. Анализ конкурентных технических решений ……………………………………………………………………… 91
5.3. SWOT-анализ ……………………………………………………………………………………………………………………… 93
5.4. Инициация проекта…………………………………………………………………………………………………………….. 95
5.5. Определение трудоемкости работ ……………………………………………………………………………………….. 97
5.6. Бюджет научно-технического исследования ……………………………………………………………………… 100
5.7. Расчёт материальных затрат НТИ …………………………………………………………………………………….. 101
5.8. Основная заработная плата ………………………………………………………………………………………………. 101
5.9. Дополнительная заработная плата ……………………………………………………………………………………. 103
5.10. Отчисления во внебюджетные фонды …………………………………………………………………………. 103
5.11. Накладные расходы ……………………………………………………………………………………………………. 104
5.12. Формирование бюджета затрат НТИ …………………………………………………………………………… 105
5.13. Реестр рисков проекта ………………………………………………………………………………………………… 105
5.14. Оценки сравнительной эффективности исследования …………………………………………………. 106
5.15. Выводы ………………………………………………………………………………………………………………………. 108
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………………………………… 109
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ………………………………………………………………………… 110
Приложение A ……………………………………………………………………………………………………………………………… 112
ПРИЛОЖЕНИЕ B. Код программы на C++ «Создание поверхности протягиванием» ………………….. 122
ПРИЛОЖЕНИЕ C. Код программы на C++. Класс, отвечающий за создание контура ………………….. 133
ПРИЛОЖЕНИЕ D. Код программы на C++ «Создание поверхности вращением кривой вокруг
заданной оси» ………………………………………………………………………………………………………………………….. 135

Современные комплексы программ инженерного анализа и компьютерного
моделирования начали свое развитие с двумерных систем проектирования и
черчения. Но кардинальные изменения в технологии работы конструктора
произошли с появлением компьютерных систем параметрического твердотельного
моделирования. Они позволили фиксировать конструкторскую мысль не в виде
плоского чертежа, а в виде трехмерной модели. С каждым годом технические
системы совершенствуются, что влечет за собой и совершенствование систем
автоматизированного проектирования и инженерного анализа. Над программным
комплексом ЛОГОС также проводятся работы по его улучшению, например,
расширяется функционал и список доступных инструментариев.
В результате проделанной работы была изучена среда коллективной
разработки, правила работы с данными, освоены кроссплатформенные библиотеки,
такие как: SDK, VTK, Qt, Cmake. Разработаны алгоритмы «Создание поверхности
протягиванием ребра вдоль вектора направления на заданное расстояние» и
«Создание поверхности вращением кривой вокруг заданной оси», которые были
успешно внедрены в систему и дополнили список инструментариев.
Реализованные операции, в дальнейшем, позволят конечному пользователю
создавать отдельные поверхности деталей конструкции при помощи протягивания и
вращения заданных кривых, что несомненно облегчит достижения поставленных
целей и задач.