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CATIA在车身设计造型中的应用设计流程

1.设计流程

对于流线型的轿车车身外形,因为不可能用整张样条曲面描述整个车身设计的自由表面,现有的CAD软件多数采用曲面分块技术来解决汽车车身复杂曲面的输入和编辑问题,如何快速、**、准确地构造出汽车外形的主模型,是现代车身设计方法的关键技术。车身设计造型流程框图如图1所示

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图1车身设计造型流程框图

2车身曲面建模

图片资料是某轿车的产品样本上的外形视图,利用扫描仪得到jpg图形文件,再利用PhotoShop作图像处理,如图2所示。

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图2轿车的外型图片

3车身外形图体系的形成

利用CATIA软件的自由风格草图跟踪模块,在确定车身坐标原点后,根据产品样本上的汽车跨距、整车(长、宽、高)尺寸在3D视窗中引入实际车身大小外形草图图像,作为构建车身设计三维几何模型的基础。

4 按曲面分块进行曲面重构

汽车车身是由复杂的轮廓不规则的三维曲面构成,用一张曲面去重构其数学模型是很难保证其模型精度的,也是不切实际的,这样构造的曲面往往会不光顺,产生大的变形。所谓曲面分块是为了计算机绘图的方便,依据现有参数化曲面理论和应用软件曲面造型方法,结合产品的外形情况,把汽车车身划分为多个比较简单、容易处理的曲面块,在计算机中这些曲面块根据实际的光滑性要求进行拼接和缝合,或用过渡面与其连结,*终完成汽车车身设计,实现车身的整体造型。

对轿车车身设计可按如下的分块原则:

(1)重点考虑计算机绘制曲线、曲面的灵活造型功能,把能够一次造型成功的曲面块尽量放到一起,**限度的减少分块数目。

(2)在曲面分块时杜绝异形曲面,即所有曲面都是定义在四边形域上。

(3)曲面分块的结果要便于CAD软件的应用,即要便于数据输入,便于建立尺寸驱动的CAD 软件。

(4)曲面分块要与现有的CAD软件的造型功能和编辑功能相适应。

根据以上的曲面分块技术可以把一个复杂轿车车身划分为几大曲面块:发动机罩、前风窗、顶盖、后风窗、后备箱盖、左侧玻璃窗、右侧玻璃窗、左侧边板、右侧边板、和尾板。

5 曲线、曲面

要高质量地完成一个较复杂零件的造型,需要具备计算机图形学、机械制图、机制工艺等方面的知识,并对CAD软件有一定的应用经验。具体地说,首先要了解各种曲面的构造方法,其次要认真阅读图纸,根据不同的技术要求,将曲面划分为基本曲面和过渡曲面。

对车身设计草图进行初步分析,了解车身曲面的基本机理。由于曲面是在曲线的基础上生成的,生成正确的空间曲线是获得曲面边界、生成三维曲面的基础,也是造型工作中的关

键,对曲面的光顺有着决定性的影响。在两张曲面之间生成第三张过渡曲面也是车身设计中常用的功能。由于这些过渡面的圆角较小,形状狭长,精确测量是极其困难的,在造型时不将它作为主曲面处理,不需要作出两曲面的理论交线,而是在拟合好两张主曲面后自动生成过渡面,并且保证与主曲面之间的C1连续就可以了。

对车身表面分块造型后,将各部分装配到一起,然后先进行车身各部分曲线的缝合,再进行曲面的缝合。为了使曲面间能做到C2连续,对一些区域要进行必要的细化处理使之过渡自然、流畅、美观,以达到**的造型效果。

6外形修正及分析

在车身曲面创建过程中的各个阶段或者创建完成后,都要根据不同的对象用相应的方法进行分析检查,要随时检查所建曲面的状况,分析检查是贯穿整个建模过程的,是保证数模质量的重要手段。

7CURVE的分析

CURVE主要分析其光顺性,特别是车身外覆盖件不仅要求曲线连续,还要求曲率的变化要连续。经过曲率分析过的曲线才能用来生成曲面。

8曲面分析

在构造曲面时要对曲面外形进行分析,要分析曲面的品质,检查曲面或曲线间的细缝大小与连续性,检查曲线、曲面的曲率变化情况等,注意检查曲面是否光顺,是否扭曲,以便及时修改。

9渲染检查

车身全部曲面生成且拼接后,要对整体曲面进行评价,可以利用CATIA软件进行光照效果渲染检查汽车整体造型效果,通过变换观察角度、改变光源位置、变换曲面的颜色等手段来检查曲面的拼接光顺性,再根据处理后的图像光亮度的分布规律来判断出曲面的光顺度。图像明暗度变化比较均匀,则曲面光顺性好,如果图像在某区域的明暗度与其它区域相比变化较大,则曲面光顺性差。车身设计造型完成以后,可用彩色打印机输出彩色造型效果图,也可用大屏幕投影设备在大屏幕上显示,还可以利用环境贴图和打光,将对象与环境和照明一同显示,充分表现3D对象。

10 结论

这里提出了一种车身设计外形的新思想,即以工业设计效果图或有关车身外形图片出发,采用CATIA曲面造型技术进行车身三维数模重建,为开展产品并行设计打下基础,简化了设计过程,缩短了产品开发周期。


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