利用CATIA三維軟體建立面板壩趾板參數化模型的方法與流程
2023-10-22 17:00:32 1
本發明涉及一種利用catia三維軟體建立面板壩趾板參數化模型的方法，屬於水利水電工程技術領域。
背景技術：
目前面板堆石壩以其較好的適應性和經濟性在水利水電工程中得到了廣泛的應用。趾板作為面板壩最主要防滲結構之一，它是面板壩設計和施工的主要基準結構，設計質量的優劣和設計效率的高低直接關係著整個面板壩的質量、安全和經濟性。
目前關於趾板的三維建模方法在水電工程領域尚無精確建模方法，一般都是分段建模，趾板在發生轉折或斷面發生變化處為斷開狀態，趾板沿整個周邊縫不能封閉。第二，目前的趾板建模方法具有一次性，當趾板斷面或趾板走向布置發生變化時，其三維模型需重新修改，重新創建，模型的重複利用率較低。第三，目前關於趾板的三維建模思路與方法尚停留在二維設計的階段；通常在二維趾板布置確定後，根據趾板的二維設計來創建三維模型，不能直接進行趾板的三維設計。
技術實現要素：
本發明的目的在於，提供一種利用catia三維軟體建立面板壩趾板參數化模型的方法，將面板壩趾板設計從半三維設計提升至純三維設計的高度；以解決目前三維趾板創建方法中趾板不連續的問題；提高模型的重複利用率和趾板三維設計的效率，從而克服現有技術的不足。
本發明的技術方案：
本發明的一種利用catia三維軟體建立面板壩趾板參數化模型的方法，該方法按以下步驟建立面板壩趾板參數化模型：
步驟一：創建面板壩模型骨架；面板壩模型骨架主要包括壩體面板草圖、趾板軸線草圖支持面、與趾板軸線各控制點約束的趾板軸線控制點高程面和平行於大壩橫剖面的趾板橫向控制面。
步驟二：創建控制趾板控制點高程、壩橫樁號和趾板斷面尺寸的參數。
步驟三：在面板壩模型骨架的趾板軸線草圖支持面上繪製趾板軸線，趾板軸線根據河床和岸坡的形狀由一組首尾相接的直線段構成；相鄰兩直線段的共同端點為趾板斷面控制點，每條直線段的中間某點為趾板走向控制點；
步驟四：將步驟二創建的參數與相應的趾板斷面控制點和趾板走向控制點建立關聯和約束；
步驟五：趾板的類型（平趾板或斜趾板）創建趾板典型斷面草圖支持面；
步驟六：基於趾板典型斷面草圖支持面創建各段趾板草圖，並將各段趾板草圖與步驟二中的趾板斷面尺寸參數關聯；
步驟七：根據各段趾板草圖創建各段規則趾板實體；
步驟八：根據各段規則趾板實體，創建趾板斷面發生變化位置和趾板發生轉折位置的過渡異型趾板實體；
步驟九：統計趾板工程量、尺寸信息；
步驟十：基於創建的趾板三維模型進行工程出圖。
與現有技術相比，本發明為水利水電工程領域面板壩趾板三維建模創建了一套準確、快速的設計思路，填補了該領域關於面板壩趾板基於catia參數化建模方法的空白。本發明中介紹的基於地質模型中不同的風化面通過調整參數來確定趾板建基面的方法科學、精確，且能在設計的各階段根據實際情況對趾板布置進行調整，優化趾板嵌深和趾板尺寸，減小趾板開挖量、混凝土量和鋼筋量，節省投資。通過設置異型過渡段趾板，解決了不同段趾板的封閉連接這一關鍵問題，大大提高了趾板建模的精確性，模型能指導實際趾板放樣和施工。針對趾板建模進行參數化，通過調整參數達到調整趾板布置和趾板尺寸的目的，避免了後期調整重新建模浪費大量時間，提高了模型的可重複利用率，且模型調整後輸出的結構圖和工程量能隨時自動更新，大大提高了設計效率。
附圖說明
圖1是面板壩模型骨架的示意圖；
圖2是趾板軸線及趾板典型斷面草圖支持面；
圖3是生成的最終的趾板三維模型；
附圖中標記為：1-大壩坐標系，2-壩軸線，3-順河向軸線，4-壩頂高程面，5-壩體面板草圖，6-趾板軸線草圖支持面，7-趾板軸線控制點高程面，8-趾板軸線控制點壩橫參考面，9-趾板斷面變化控制點，10-趾板走向控制點，11-趾板軸線，12-趾板典型斷面草圖圖支持面，13-趾板典型斷面草圖支持面輔助面，14-規則趾板實體，15-過渡異型趾板實體。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明，但不作為對本發明的任何限制。
一種利用catia三維軟體建立面板壩趾板參數化模型的方法，該方法按以下步驟建立面板壩趾板參數化模型：
步驟一：創建面板壩模型骨架；面板壩模型骨架如圖1所示，主要包括壩體面板草圖5、趾板軸線草圖支持面6、與趾板軸線11各控制點約束的趾板軸線控制點高程面7和平行於大壩橫剖面的趾板橫向控制面8。
步驟二：創建控制趾板軸線控制點高程、壩橫樁號和趾板斷面尺寸的參數。
步驟三：在面板壩模型骨架的趾板軸線草圖支持面6上繪製趾板軸線11，趾板軸線11根據河床和岸坡的形狀由一組首尾相接的直線段構成；相鄰兩直線段的共同端點為趾板斷面控制點9，每條直線段的中間某點為趾板走向控制點10；
步驟四：將趾板控制點高程、壩橫樁號參數與相應的趾板斷面控制點9和趾板走向控制點10建立關聯和約束；
步驟五：根據趾板的類型創建趾板典型斷面草圖支持面12；
步驟六：根據趾板典型斷面草圖支持面12創建各段趾板草圖，並將各段趾板草圖和趾板斷面尺寸的參數關聯；
步驟七：根據各段趾板草圖創建各段規則趾板實體14；
步驟八：根據各段規則趾板實體14，創建趾板斷面發生變化位置和趾板發生轉折位置的過渡異型趾板實體15；
步驟九：統計趾板工程量、尺寸信息；
步驟十：基於創建的趾板三維模型進行工程出圖。
實施例
本例利用catia三維軟體建立面板壩趾板參數化模型的方法，該方法是在catia三維軟體環境下實現面板壩趾板參數化建模過程，具體實施過程如下：
步驟一：創建面板壩三維模型骨架。面板壩三維模型骨架如圖1所示包括大壩坐標系1，壩軸線2，順河向軸線3，壩頂高程面4，壩體面板草圖5，趾板軸線草圖支持面6，趾板軸線控制點高程面7，趾板軸線控制點壩橫參考面8，趾板斷面變化控制點9，10-趾板走向控制點10，趾板軸線11。具體創建方法是在catia三維軟體的零件part坐標系1下以壩頂高程面4為草圖支持面創建大壩的壩軸線2和順河向軸線3，以大壩橫剖面為草圖支持面創建面板草圖5；創建趾板控制點高程面7和平行於大壩橫剖面的趾板軸線控制點壩橫參考面8；根據之前創建的壩體面板草圖5和壩軸線2創建趾板軸線草圖支持面6。
步驟二：根據設計要求創建控制趾板軸線控制點高程、壩橫樁號和趾板斷面尺寸的參數，這裡的趾板軸線控制點包括趾板斷面變化控制點和趾板走向控制點。
步驟三：在面板壩三維模型骨架的趾板軸線草圖支持面初步繪製趾板軸線11。趾板軸線11草圖一般包括河床段、左右岸段，其中左右岸段為適應地形以及趾板尺寸變化一般包含2～6條直線段，各直線段之間呈一定角度；每條直線段的中間某點作為趾板走向控制點10；相鄰兩直線段的共同端點為趾板斷面控制點9。
步驟四：將各控制點與之前在面板壩三維模型骨架中創建的趾板控制點高程面7和平行於大壩橫剖面的趾板軸線控制點壩橫參考面8做「相合」約束。關聯趾板軸線控制點的控制面（高程面7和壩橫參考面8）與創建的控制控制點高程和壩橫樁號參數；根據地質三維模型中的各地層風化面通過調整控制趾板走向、嵌深的高程、壩橫參數達到調整趾板軸線布置的目的，使趾板軸線的走向或嵌深至設計要求。
步驟五：根據趾板的類型創建趾板典型斷面草圖支持面12；對於平趾板是在趾板軸線控制點處分別作控制點左右相鄰兩段趾板軸線的法平面；對於斜趾板是做平行於大壩橫剖面且過趾板軸線控制點的平面；針對平趾板需將創建的法平面13分別向控制點左右兩段趾板軸線方向偏移一定距離，該距離視實際趾板走向而定，能使得相鄰兩端趾板平順過渡即可，一般為0～5m；得到趾板典型斷面草圖支持面12。
步驟六：在之前創建的趾板典型斷面草圖支持面12上繪製各段趾板草圖；趾板典型斷面草圖可提前製作成模板，供調用，亦可直接在趾板典型斷面草圖支持面12上繪製；趾板典型斷面草圖繪製後，將趾板斷面草圖尺寸參數與趾板斷面草圖對應尺寸關聯。
步驟七：利用軟體中的「多截面實體」功能，將各段趾板兩端的趾板典型斷面草圖生成規則趾板實體14。
步驟八：生成相鄰兩端規則趾板實體之間的過渡異型趾板實體15。具體實施過程為：將相鄰兩段規則趾板實體各段部對應的幾何邊進行「橋接」後生成過渡異型趾板實體的各面，利用「創成式外形設計」模塊中的曲面「縫合」功能將過渡異型趾板實體的各面合併為一個曲面；之前合併生成的曲面利用「零件設計」模塊中的「封閉曲面生成實體」功能生成該段過渡異型趾板實體。
步驟九：創建工程量參數，利用測量函數與創建的工程量參數關聯，工程量參數的顯示值即為當前趾板的工程量。
步驟十：利用「工程製圖」模塊生成趾板平面布置圖以及典型斷面圖。
當後續趾板布置或趾板斷面尺寸發生修改時，僅通過調整步驟2中創建的相應參數值，趾板三維模型、趾板工程量以及趾板結構圖即可隨之更新，避免重新建模浪費大量時間。