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计算机建模领域包含大量的技术和程序，可以作为工具帮助专业人员创建、模拟和可视化他们的设计。本文将介绍一些不同类型的3D建模软件，然后通过Solidworks中的一个示例工作流向您展示您可以使用该软件做什么。
三维计算机建模程序
根据你所在行业的不同，你可能正在使用以下流行的计算机程序类别中的至少一种:
- CAD/CAE(计算机辅助设计/工程):通常用于机械、汽车、航空航天和其他工程领域。一些例子:Solidworks, Autodesk Inventor, Autocad, PTC Creo (Pro/Engineering)， Catia。
- NURBS(非均匀有理基样条):用于创建汽车和工业设计中的a类等技术曲面。例如:别名
- 多边形建模:主要用于媒体、电影和视频游戏，但在过去几年里，它也被用于为工程、机器人、主题产业和医疗动画创建复杂和精确的表示。例子:3ds Max, Maya
- 数字雕刻:最初用于媒体，电影和视频游戏。由于其高细节的能力，它beplay客户端下载也被用于玩具设计、制造、3D打印、主题产业、建筑和医疗动画等。例子:。版Zbrush, Mudbox终于又
CAD / CAE技术的改进
如果你参加过CAD培训课程或看过教程，你可能会先创建一个新文件，学习如何使用鼠标，选择一个平面“前”、“右”或“上”，然后在其中一个平面上绘制2D轮廓。接下来你要做什么?你可以毫不犹豫地点击“挤压”按钮，这样2D profile就会变成3D Solid，伴随着兴奋感(听起来很熟悉吗?)
不要误解我的意思，你所创造的第一个3D实体模型会让你觉得自己就像在一个荒岛上，你刚刚用几块石头点燃了一场火。问题是大多数CAD培训课程和教程一开始就像教你烘焙食谱一样。我不会烘焙，但我和我的妻子一直在看“伟大的英国烘焙秀”，强烈推荐。如果我们习惯了教程中的菜谱步骤，那么当我们不了解教程所使用的所有信息时，我们就会迷失方向。如果你看过烘焙节目，你就会明白我的意思，当参赛者被要求在不知道烤箱温度或烘焙时间的情况下烘焙某样东西。
一个常见的“配方”是依赖软件自带的默认草图平面名称，通常命名为“前”、“顶”和“右”。这可能会导致误解，特别是在软件之间的导出/导入过程中。以Solidworks和AutoCAD为例，如图6所示。默认情况下，平面“XY”在Solidworks中是“Front”，但在AutoCAD中它实际上是“Top”。所以当你在软件之间转移几何图形时，你可能会得到旋转的几何图形。为了避免这个问题，时刻关注“X”，“Y”，“Z”，如果可能的话，将飞机的名称改为“XY”，“XZ”和“YZ”。如果您在导入/导出时仍有问题，可以先尝试一个基本的几何图形，如圆柱体或3D箭头，这将帮助您在导入到第二个程序时可视化和理解几何图形的方向。
三维建模基本概念
产品开发通常是围绕产品的各个部分进行功能组织的，有时称为程序集或系统。例如，在汽车中，你有悬挂、动力系统、车身、底盘和其他系统。工程师被分配到一个或一组部件，然后负责完成设计。在CAD/CAE中，重要的是您不仅要了解所使用的系统的限制，还要了解您的工作如何与整个产品的其余部分相互作用。你可能会被要求减少设计的质量，但通过转移重心，你的零件可能会影响其他区域的负载，不包括在你的设计。如果您不记录和交流更改，其他团队可能正在使用过时的修订。另一个典型的错误可能发生在修改几何图形时，导致部件的干涉或冲突。
好消息是CAD/CAE软件在不断发展，通过增加新的功能和工具来方便我们的生活。检查干扰和跟踪修订是常见的任务，但它并不止于此。不同的工程计算可以在设计阶段进行参数化验证迭代。
例如:将材料应用到几何图形中，不仅可以测量质量，还可以计算转动惯量，这在选择电机或进行其他计算时很有用。图7显示了一个比较手工计算和CAD/CAE评估的快速示例:圆环的外半径为75mm，内半径为55mm，厚度为10mm，由A36钢制成(密度为7.85×106公斤/毫米3.)．因为我们知道环的尺寸，我们可以计算体积(V)和质量(m)，因为我们也知道材料密度(d)，然后根据质量和半径，我们可以计算转动惯量。对于手工计算，我们得到大约0.64 kg和2773190 kg mm2，与Solidworks等CAD软件提供的估算值接近(m= 641.2 g;Pz= 2773184.35 kg mm2)．
3D建模流程示例
为了详细说明，我们将向您展示CAD/CAE用于创建设计的多种方法之一。我们将使用一个假设的场景:假设您正在为一家制造公司工作，将要安装一个工业机器人，如图3所示。你意识到你不能将机器人固定在地板上，因为你需要机器人到达更高的位置。在定义项目需求之后，您开始创建几何图形，如图8所示的参数草图，表示机器人将被螺栓固定的底板;柱子的中心线将被固定在地面上，作为结构来提升集合。你可以包括螺栓的位置和机器人和你的盘子之间的接触面。注意，我们在定义我们的功量，但我们也在考虑相互作用的元素发生了什么，在这种情况下，机器人螺栓。
下一步是创建基板的3D实体(图9)。一个有用的技巧是通过投影螺栓和机器人接触区域来分割板的顶表面或面。我们需要用一种叫做有限元法的数值技术来分析我们的设计。这是当我们对钢板和螺栓之间的接触应力感兴趣时，或者当我们检查是否使用了合适的螺栓尺寸时。
下一步:列。除了零件和组件，大多数CAD/CAE软件允许您在同一个零件文件中创建多个实体。这些多个固体稍后可以被拆分为一个组件。这种技术可以使您的设计更快、更容易地完成。
但是在创建3D柱之前，你需要创建2D横截面，这将被挤压形成柱的3D。我们的框架示例很简单，只有四列，因此为每一列进行挤压或创建复制模式并不困难。在其他实际应用程序中，中心线可能会越来越复杂。由于这个原因，大多数CAD/CAE程序已经提供了一个工具，包括一个基于工程标准的焊接件轮廓库和一个自动创建3D的方法;只需要选择轮廓和中心线。您还可以自定义自己的2D概要文件并将其添加到库中。
焊件库工具的优点在于，您可以在短时间内创建多个设计迭代，如图11、12和13所示。
如果有必要，可以为对角线支架添加新的草图线和新的焊接件元素。完成此操作后，您可以考虑修剪或斜切成员之间的连接。CAD/CAE程序包括自动工具来开发这些连接，如图14和15所示，因此您不必手动建模复合切面。
现在我们有了几何图形，是时候进行第一次计算了，以确定我们的设计是否朝着正确的方向发展。大多数CAD/CAE程序包括有限元模块(有限元方法)，尽管它们不具有更专业的有限元程序如Ansys、Comsol、Nastran的相同功能;beplay客户端下载我们仍然可以创建不同类型的应力分析模拟。
焊接尺寸可以根据美国或欧洲焊接标准估算，如图16和17所示，使用电极材料性能和设计规范因素。
如前所述，我们可以进行静态或动态的应力分析。计算应力法向、剪切或主应力;你需要力量。看下一个方程，其中“F”是节点力和力矩的向量，“K”是单元刚度矩阵，“x”是节点位移的向量。手工计算简单几何图形的矩阵和向量并不具有挑战性，但当几何图形复杂时，或者当非线性和多种物理与我们的设计相互作用时，像FEM这样的计算机数值技术被证明是有用的。
在我们的例子中，如果你知道机器人的运动，你就可以估计加速度，然后是作用在底板上的力和力矩。应力可以可视化，并与材料性能进行比较。可以提取焊接弦或螺栓相邻节点上产生的力，以便后期处理和计算。我们虚构的例子只显示了步骤，所以我省略了下一个图的应力结果图例。当您创建这种类型的分析时，您可以显示值的范围，并分配一个颜色图例，其中可以识别最大值和最小值，以与材料属性或设计标准进行比较。
在现实中，有不同的方法来模拟焊接和螺栓。其中一些模型包括将接触区域建模为劈裂表面，其他模型实际上是一个简化的螺栓和焊接弦几何;您可以根据需要的内容和完成设计所需的时间来选择使用什么。你还需要在重要的区域上细化网格，例如在接触区域上。
最后，我们可以用机器人组装我们的框架来创建车间图纸，检查螺栓对齐，甚至创建一个很酷的产品展示。
总之，本文展示了3D建模软件的多种不同工作流程和类型中的一种。如前所述，3D建模软件的优势之一是可以快速生成包含物理、机械分析和制造约束的设计，在增加生产之前可以对设计进行评估，因此可以在设计早期检测到故障和风险。对你来说，经常验证你的设计是很重要的，不要盲目地相信计算机的结果。记住，CAE是计算机辅助工程师的缩写，而不是CE是计算机工程师的缩写。
