Общие принципы твердотельного моделирования деталей и сборок

Работа 3D-систем основана на использовании метода конечных элементов, при котором трехмерная модель разбивается на элементарные объемные элементы различной формы, получаемые при нанесении на твёрдое тело сетки конечных элементов. Разбиение модели на сетку конечных элементов позволяет с высокой степенью точностью отразить реальную твёрдотельную геометрию детали или узла и обеспечивает высокую точность решений.

Многие из современных систем инженерных расчетов не требует от конструктора подробного знания теории, на которой базируются расчёты методом конечных элементов. Имея в своем распоряжении трехмерную модель детали, пользователь может выбрать необходимый ему вид расчёта, определить характер закрепления и внешние нагрузки, действующие на деталь, а также выбрать из библиотеки материал, из которого она будет изготавливаться.

В современных трехмерных САПР сочетаются методы конструктивного и граничного представления моделей. В общем случае порядок создания модели детали включает формирование основания, приклеивание и вырезание дополнительных элементов, построение массивов элементов и зеркальное копирование, создание дополнительных конструктивных элементов.

Формирование отдельных трехмерных объектов начинается с создания эскиза – плоской фигуры, на основе которой образуется объемное тело. Эскиз может располагаться в одной из плоскостей координат, на плоской грани существующего тела или во вспомогательной плоскости, положение которой задано пользователем. Эскиз изображается на плоскости стандартными средствами двумерного редактора.

В эскиз можно перенести изображение из ранее подготовленного чертежа или фрагмента. Это позволяет при создании трехмерной модели опираться на существующую чертежно-конструкторскую документацию.

Способы построения в эскизах таких геометрических объектов, как прямоугольники, многоугольники и ломаные линии, ничем не отличается от способов построения аналогичных объектов в графическом документе. Однако результатом построения являются не единые объекты, а наборы отрезков, составляющих построенные прямоугольники, многоугольники или ломаные линии. Объемные элементы образуются в результате формообразующих операций. Основные способы создания трехмерных объектов - операция выдавливания, операция вращения, кинематическая операция и операция по сечениям.

Таким образом, во всех современных системах трехмерного моделирования построение твердотельной модели выполняется по общему принципу, который заключается в последовательном выполнении операций объединения, вычитания и пересечения над объемными элементами (призмами, цилиндрами, пирамидами, конусами и т.д.).

Например, в начале можно создать прямоугольную призму, лежащую в основании детали. Затем к модели можно добавить цилиндрическую бобышку путем объединения призмы с цилиндром. К получившемуся в результате телу можно добавить усеченную пирамиду. Построение отверстия можно выполнить путем вычитания из поверхности цилиндра. Многократно выполняя эти простые операции над различными объемными элементами можно построить самую сложную модель.