КОНСТРУИРОВАНИЕ 3-D МОДЕЛИ ДЕТАЛИ ТЕПЛООБМЕННИКА «ТРУБКИ» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ SOLIDWORKS

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрены вопросы современного подхода к изучению конструкции химических аппаратов применением компьютерной графики на основе 3D моделей, созданных при помощи современных средств автоматизированного проектирования с помощью программного комплекса SolidWorks, позволяющего подробно изучить конструкцию теплообменника, производить его сборку и разборку.

ABSTRACT

This article discusses the issues of a modern approach to studying the design of chemical apparatuses using computer graphics based on 3D models created using modern computer-aided design tools using the SolidWorks software package, which makes it possible to study in detail the design of a heat exchanger, to assemble and disassemble it.

Ключевые слова: теплообменник, трубки , компьютерные технологии, 3D  модель, SolidWorks

Keywords: heat exchanger, tubes, computer technology, 3D model, SolidWorks

Введение

В число фундаментальных дисциплин при подготовке инженеров входит инженерная графика, которая включает в себя начертательную геометрию и черчение являющейся основой последующих технических дисциплин. При современном подходе необходимо важным является сохранение содержания курса начертательной геометрии, но к изучению конструкции химических аппаратов и другого технологического оборудования необходимо применение компьютерной графики на основе 3D моделей.

Традиционные способы, описывающие химико-технологические оборудования, отображают в виде чертежей оборудования и отдельных его элементов, что не даёт полного представления об их функционировании. Наиболее полное их исследование возможно только на основе многостороннего подхода с применением различных информационных технологий с применением различных программных систем, в том числе программным комплексом SolidWorks [1-3].

Для будущих инженер-химиков-технологов важно отчетливо представлять конструкцию аппарата и отдельных его частей. На бумажном носителе не всегда удается наглядно показать устройство с его отдельными элементами для усвоения принципа работы аппаратов и их узлов.

Компьютерные технологии сегодня позволяют значительно упростить процесс обучения, используя новые возможности проектирования и визуализации. При создании учебных комплексов, направленных для получения качественного обучения рассматриваемого технологического оборудования (например теплообменника) необходимо рассмотреть:

• вопросы многомерной геометрии и реализации их при геометрическом моделировании;
• геометрические основы компьютерного применения: проектирование, конструирование и сборки типовых деталей;
• основные принципы трехмерного твердотельного моделирования на примере пакета SolidWorks;
• основные приемы работы в SolidWorks с твердотельными моделями в режимах Part (Деталь) и Assembly (Сборка);
• последовательность создания моделей типовых деталей технологичес­кого оборудования.

Освоение работы в SolidWorks и создания на её основе 3D моделей позволяет контролировать правильность сборки или разборки технологичес­кого аппарата, однако для создания обучающего 3D комплекса необходимо:

• создать точную модель 3D рассматриваемого аппарата с учетом всех деталей и их реальных размеров;
• установить правильную последовательность сборки и разборки аппарата;
• создать экспертную систему отслеживающую правильность выполнения сборки или разборки аппарата;
• на каждом этапе воспроизводить анимацию сборки и разборки аппарата и др.

Обсуждение

В технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехими­ческой, химической, атомной, холодильной, газовой и других отраслях промышленности, в энергетике и коммунальном хозяйстве, основным технологическим аппаратом является теплообменники.

На примере теплообменника покажем процесс создания 3D модели аппарата, предназначенной для учебного комплекса. Для его моделирования был выбран программный комплекс SolidWorks [1-3], позволяющий достаточно быстро создавать детали аппаратов и их сборки. Теплообменник (рисунок 1), созданный в виртуальном пространстве с использованием приложения SolidWorks, собран из нескольких сборочных единиц: корпуса, крышки корпуса 1 и 2, трубки, фланцы и опоры, которые в реальных условиях являются разъемными и неразъемными соединениями.

Рисунок 1. Теплообменник (рисунок 1), созданный в виртуальном пространстве с использованием приложения SolidWorks

Последовательность создания деталей для сборочной единицы (рисунок 2) необходимы следующие детали: корпус, трубки для нагрева теплообменника, крышка корпуса 1, крышка корпуса 2, фланец, опора (седло):

Рисунок 2. Отдельные сборочные детали для сборочной единицы

Далее рассмотрим последовательность сборки, и разборки на примере основной сборочной детали – трубки нагрева для теплообменника предоставив выборочные элементы конструирования (рисунки 3-12).

Рисунок 3. Трубки нагрева теплообменника

Так в файле на конструкционной плоскости «Спереди» создаем эскиз окружности диаметром 4211,157 мм, далее использую команду «зеркального отображения», отображаем окружности в целом сегменте. Для построения симметричного эскиза необходимы команды  - Осевая линия и  - Зеркально отразить из меню Эскиз. Активизируется команда - Зеркально отразить. В Менеджере свойств отобразится диалоговое окно, в котором необходимо выбрать элементы для отображения и линию, относительно которой необходимо отобразить выбранные элементы. Линия отображается в поле зеркально относительно (выбор линии осуществляют щелчком мыши в графической области). Выбранные элементы отображаются в поле Объекты для зеркального отображения (выбор объектов осуществляют мышью в графической области). Для быстрого указания множества элементов эскиза можно воспользоваться выделением с помощью прямоугольной области. При сборки теплообменника выполняем команду  Вытянутая бобышка/основание на панели инструментов «Элементы»и далее в диалоговом окне Бобышка-Вытянуть в Направлении 1 для параметра Граничное условие выбираем На заданное расстояние – 48,891 мм, в след за этим для создания следующего профиля выполняем команду  - Плоскость. В открывшемся диалоге в качестве первой справочной плоскости назначаем плоскость «Спереди», и устанавливаем расстояние  между ней и создаваемой плоскостью 2000 мм, соответственно создав дополнительные 6 (шесть) плоскостей, каждый на расстоянии 2000 мм (рисунок 4).

Рисунок 4. Создание дополнительных плоскостей

С помощью команды «преобразование объектов», созданный эскиз перенесем на «Плоскость 1» (рисунок 5).

Рисунок 5. Преобразование объектов на новые плоскости

Те же самые действия, повторяя последовательно создаем эскизы на «плоскость 3», «плоскость 4» и «плоскость 5», копируя при этом модели из соответствующих эскизов. На последнюю «плоскость 6» воспользовавшись командой «преобразование объектов» копируем эскиз из плоскости «Спереди» (то есть начальный эскиз). В результате получится эскиз, приведенный на рисунке 6:

Рисунок 6. Создание сетки для трубок нагрева

Удалив «видимость» плоскостей, можно наблюдать следующий вид модели: на рисунке 7

Рисунок 7. Вид модели сетки

Созданные трубки при помощи команды «зеркальное отражение» копируются на нижнею часть цилиндра, с помощью вкладки "Элементы" выбором команды «Зеркальное отражение» (рисунок 8):

Рисунок 8. Зеркальное отражение модели трубок

Рисунок 9. Создание модели трубок

При этом важно знать, что последнюю часть корпуса (рисунок 9) невозможно заполнить командой «зеркальное отображение». В этом случае следует воспользоваться командой Вытянутая бобышка/основание на панели инструментов «Элементы» и создадим объём труб для ¼ части окружностей. В диалоговом окне Бобышка-Вытянуть в Направлении 1 для параметра Граничное условие выбираем до поверхности (рисунок 10) при этом каждую маленькую окружность выбираем вручную:

Рисунок 10. «Вытягивание» модели трубок нагрева

В завершении окрасим созданную модель, открыв функцию “Внешние виды, сцены и надписи”, и выбрав соответствующий цвет и переносим цвет покраски на деталь (рисунок 11) и сохраняем созданную модель (рисунок 12) «Трубки теплообменника. sldprt.»

Рисунок 11. Фотореалистическое окрашивание модели

Рисунок 12. Сохранение файла модели

Выводы.

Основой для формирования специалистов технических вузов, является изучение предметов таких как начертательная геометрия, инженерная, компьютерная графика и их междисциплинарной связи с учебными предметами общеинженерного и специального циклов.

В целом использование компьютерной графики и геометрического моделирования с применением программного обеспечения SolidWorks при подготовке специалистов в области техники и технологий позволит поднять на качественно новый уровень процесс междисциплинарной подготовки самостоятельно мыслящих высококвалифицированных кадров технического направления.

Применения программного обеспечения на всех этапах обучения, включая подготовку курсовых, выпускных квалификационных и магистерских работ по техническим направлениям, даёт возможность реализовывать проекты, вне зависимости от сложности, улучшить эффективность работ по проектированию и снизить время на разработку.

Список литературы:

1. SOLIDWORKS [Электронный ресурс ] – режим доступа/ http://www.solidworks.ru
2. Князьков В.В. SolidWorks/COSMOSWorks. Компьютерное моделирование и инженерный анализ методом конечных элементов: учеб. пособие; НГТУ им. Р.Е. Алексеева. -Н. Новгород, 2010. - 216 с.
3. Поникаров И.И., Хоменко А.А. Концепция электронных учебников для технических дисциплин Актуальные проблемы профессионального образования. Материалы отчетной научно-методической конф. КГТУ, 22-24.11. 2008г. Казань: Издат. КГТУ, 2008. 896с.