基于SolidWorks技...的钢柱脚三维建模与动画制作_李孝源.pdf

建筑结构建 筑 技 术 开 发24 Building StructureBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月在土木工程专业建模软件中，CAD可以快速完成对二维草图的绘制，还能够进行简单的三维建模。对于简单的三维模型来说，CAD已经可以满足其要求，但对于较为复杂的三维模型来说制作比较烦琐，并且对于复杂曲面的建模需要进行运算，模型制作相对 困难。随着信息技术发展，三维动画能更形象生动地向施工人员展示装配体的组装过程和破坏过程，帮助施工人员分析施工关键节点和构件连接方式，提高设计人员对钢结构连接和破坏的认知，这就需要设计人员能够快速建立复杂结构的三维动画来满足施工 需求。以一种钢结构柱脚为例，通过运用SolidWorks和CAD软件结合，快速将装配体结构柱脚从二维图形转换为三维模型，并将三维建模应用到钢脚柱设计和施工当中1。1 SolidWorks+CAD技术介绍将装配体钢结构柱脚的零件草图通过CAD完成绘制并保存为DWG文件。打开SolidWorks软件，在欢迎界面选择文件，找到完成的CAD草图点击打开，选择“输入到的新零件为二维草图”。由于在将二维草图导入到SolidWorks软件中时，软件会自动将文字和曲线标注都转化为多段线或线段，因此，这会导致输入的草图中会出现多处线段有重合、交叉和未能闭合的现象，这就会使得草图无法通过拉伸、旋转等功能来完成三维建模的制作。所以需要在“输入到新零件为二维草图”2的下一步骤中对草图进行修改，这里以装配体钢结构柱脚前视图为例，装配式钢结构柱脚前视图如图1所示，具体修改过程如下。（1）通过在修改文档设定界面将“输入尺寸”和“添加约束”两个功能选项勾选上，在下一步骤基于SolidWorks技术的钢柱脚三维建模与 动画制作李孝源，胡佳星（湖南科技学院土木与环境工程学院，湖南永州 425199）摘要 以装配式钢结构柱脚的三维模型和结构爆炸动画的制作过程为例，介绍了一种通过将CAD二维平面草图快速导入到SolidWorks软件中的方法，并采用SolidWorks软件制作可视化的钢柱脚三维装配动画，该方法可以动态的创建钢柱脚三维模型和细腻的展示螺栓连接动画制作过程，降低了施工技术人员识图的难度，帮助技术人员直观掌握装配体零件与钢结构节点装配过程，以及动态展示出钢结构零件装配过程中施工工艺，对钢结构施工质量管理和进度管控具有实际意义。关键词 SolidWorks；CAD；钢结构；三维模型；组装过程 中图分类号TU 17 文献标志码B 文章编号1001-523X（2023）02-0024-033D MODELING AND ANIMATION OF STEEL COLUMN BASE BASED ON SOLIDWORKS TECHNOLOGYLi Xiao-yuan，Hu Jia-xing AbstractTaking the manufacturing process of 3D model of fabricated steel structure column base and structural explosion animation as an example,this paper introduces a method of quickly importing CAD 2D plane sketch into SolidWorks software,and uses SolidWorks software to make visual 3D assembly animation of steel column base.This method can dynamically create 3D model of steel column base and show the manufacturing process of bolt connection animation,which reduces the difficulty of drawing recognition by construction technicians,Help technicians intuitively grasp the assembly process of assembly parts and steel structure nodes,and dynamically display the construction technology in the assembly process of steel structure parts,which is of practical significance to the quality management and progress control of steel structure construction.KeywordsSolidWorks;CAD;steel structure;3D model;assembly process收稿日期：20230125基金项目：湖南省教改项目“BIM+SolidWorks”信息技术与钢结构课程深度融合的教学改革研究与实践（HNJG20221064）；湖南省青年骨干教师培养项目（湘教通2022 287号）作者简介：李孝源（2001），男，湖南浏阳人，主要研究方向为钢结构长期受力性能研究。建筑结构建 筑 技 术 开 发 25Building StructureBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月图1 装配式钢结构柱脚前视图中，运用局部放大和缩放功能来观察所要删除与保留的部分。选择删除草图右边部分，保留主体柱体，运用删除实体的功能键将所选部分删除，在修改工程图图层映射界面勾选“合并重叠实体”“运行修复草图”后点击确定完成。（2）进入SolidWorks软件3草图绘制界面后，系统会自动检测出有断线、未封闭线段的部分并提醒修改，并且在修改文档设定界面勾选的添加尺寸功能会自动标出添加的尺寸，但有部分尺寸标注会变为多段线，因此需要通过点选删除变为多段线的尺寸并手动标注。（3）通过添加约束和尺寸来完全定义4零件线段来完成草图绘制和定义，其余零件草图处理过程如上述进行处理，不再赘述。2 SolidWorks在钢脚柱三维模型中的应用2.1 SolidWorks动画演示SolidWorks的动画演示的功能分为两大类：（1）基本运动，通过添加驱动空间来模拟真实运动效果，计算运动时考虑质量、引力对运动产生的影响。（2）motion分析，通过添加驱动控件精确模拟真实运动效果，计算运动时考虑材料属性和质量、惯性以及引力等，并可以对结果进一步分析5。采用钢结构柱脚装配体的爆炸视图来进行演示。2.2 装配体零件制作过程（1）以装配体钢结构柱脚为例简要说明装配体零件的三维模型制作6过程：点击SolidWorks软件打开文件，选择装配体主体草图文件，选择“输入到的新零件为二维草图”。在定义完成后得到完全定义的主体柱草图。（2）将完成的主体柱草图选中，通过特征菜单中的“拉伸凸台/基体”将基体部分完成拉伸，并使用“拉伸切除”将柱子的空心部分完成切除，自此柱子基体建模完成。对于装配体上的对称零件7，可以在制作完成其中一个零件的三维实体后，运用镜像实体功能来快速的将对称零件直接拉伸成为三维实体，可以减少绘制草图的时间。（3）对于零件上的孔洞可以使用“拉伸切除”和“异形孔向导”来直接在所需要打孔的面上完成打孔，但需要注意的是要确定孔道长度，如果没有完全打通孔道，则需要给定深度来确定孔道长度；如果完全将孔道打通，则可以选择完全贯穿来将孔道打穿。对于钢结构的空缺部分可以运用“拉伸切除”来完成，也可以通过绘制钢结构草图运用“拉伸凸台”进行模型拉伸8。在绘制不同面上的零件草图时，可以通过转换基准面或创建基准面来方便进行草图的绘制9。其余部分如上所述方法建立模型，装配体钢结构柱脚主体模型如图2所示。图2 装配体钢结构柱脚主体模型2.3 各部分零件三维模型组装装配体（1）所有零件建模完成后，将所有装配体的零件文件保存在同一个文件夹中，这样可以方便后面进行零件的装配10；打开新建“装配体功能”，先将主体柱零件放置在装配原点，此时主体零件为固定状态不可以移动，再将其余部分零件按顺序依次插入进来，运用配合功能分别将零件的点、线、面、参考几何体，来添加约束组装零件完成装配体装配，如孔与孔之间的同轴、点与点重合、面与面平行等。将所有零件的关系通过配合固定后，钢结构柱脚装配体装配完成。（2）完成装配体的装配后，点击爆炸视图，进入界面后按与组装配合顺序相反的过程来选择零件，选择零件后可以选择旋转零件和选择爆炸路径：x/y/z 3个方向。确定所有零件合适的爆炸路径与旋转后，通过“添加阶梯”和“爆炸步骤”逐步的完成所有零建筑结构建 筑 技 术 开 发26 Building StructureBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月件的爆炸步骤，最后点击完成爆炸视图。装配体爆炸过程如图3所示。图3 装配体爆炸视图在设计树中找到装配体配置，左键点击选择爆炸，装配体则会按照所选择的爆炸路径分离，再次点击解除爆炸，零件则会复原为装配体，动态展示完成钢结构柱脚装配体三维爆炸动画。3 钢脚柱三维动画制作点击界面左下角的运动算列，运动算列如图4 所示。图4 运动算例（计算机截图）先确定装配体的摆放方向，再点击动画向导，选择旋转，选择旋转次数为4圈并选择绕y轴旋转，设定开始时间为0 s，时间长度为10 s，确定后生成第一段动画，点击计算运动算例，在软件计算完成后再次点击动画向导，选择爆炸，设定动画时间为10 s，完成后点击计算运动算例。再次点击动画向导。如上所述，完成解除爆炸动画并再次点击计算运动算例。这样完成的动画在播放时会先绕y轴旋转4圈，再进行爆炸动画，最后进行解除爆炸动画。在运动算例界面生成的第一排黑色键码如图5 所示。图5表示的是在开始的10 s中进行旋转动画，可以通过添加键码来使模型在动画过程中进行旋转、移动：点击自动键码，在一个时间轴上选择开始时间，图5 键码示意（计算机截图）在模型上选择零件进行移动或旋转，再在时间轴上选择结束时间，完成运动键的添加；也可以通过键码来使模型的某个动画过程加长：选择所要更改的键码，按住Alt键的同时移动键码就能更改键码的时间长度。最后点击保存动画，选择保存为avi格式，完成钢脚柱三维动画制作。4 结束语基于SolidWorks软件对钢结构脚柱结构详图和组装过程进行了建模，动态展示了所有装配体爆炸过程，展示了钢结构脚柱在施工过程中的具体工艺 流程。结果表明通过钢脚柱三维模型动画制作可以清晰模拟施工阶段所有流程，并有效提高施工效率和确保施工质量，同时在三维设计方面可以很好地与CAD进行互补，并且在CAD技术发展的潮流趋势下，SolidWorks和CAD的结合将会越来越重要，应用也会越来越广泛。参考文献1 康凯.Solidworks软件在工程设计项目三维建模中的应用J.工程技术研究,2021,6(6):6168.2 高如超,孙隆玉.Solidworks Simulation在工业炉钢结构设计中的应用J.世界有色金属,2019(10):416.3 张波,张浩.基于SolidWorks的门座起重机大车平衡梁三维参数化设计研究J.建筑机械,2017(11):66169.4 李健.SolidWorks软件在钢桥设计中的应用J.现代制造技术与装备,2017(9):34.5 王学岭,胡修坤,刘乃伟,等.基于SolidWorks的装车站平面梁分析与优化J.煤矿机械,2014,35(7):1241125.6 李晓飞,赵柄利.Solidworks 3D钢结构库在辅助设计和生产实践中的应用J.硅谷,2012(7):1441145.7 王谦,赵俊利.基于Solidworks软件的吊钩分析J.煤矿机械,2011,32(