SolidWorks和3DSMax实现机械产品的仿真动画

2013-08-07 by:广州CAE有限元应用中心来源:仿真在线

传统的机械产品设计仅仅注重产品的前期功能性设计,例如结构、功能、成本等,这些依靠常用的CAD软件即可完成,后期验证产品功能时,可使用CAE软件进行分析验证。在市场经济条件下的产品开发,除了对产品本身功能进行设计外,还需注意采用多种多样的形式进行产品的后续宣传和形象传递,如海报、说明书、产品的仿真动画等,特别是如何使机械产品动态运作符合其实际的工作规律,并且把这种视像记录下来,这一技术在产品开发过程中正占据着越来越重要的地位。笔者将SolidWorks软件和3DS Max软件相结合,完成机械产品的仿真动画。

1 SolidWorks和3DS Max的比较

1.1 SolidWorks和3DS Max简介

SolidWorks以其功能强大、易学易用和技术创新的特点,已成为领先的、主流的三维CAD解决方案,尤其是SolidWorks具有丰富的软件接口,提供了多种输入/输出转换器,支持几乎市面上所有机械CAD软件格式的输入并能够输出包括VRML,IGES,STL,proe,Photoshop在内的诸多文件格式。

3DS Max是Autodesk公司出品的一款著名3D动画软件,是世界上应用最广泛的三维建模、动画、渲染软件,广泛应用于游戏动画、建筑动画、室内设计、影视动画、视觉效果和设计行业等领域,功能强大,扩展性好,建模功能强大;3DS Max通过自身以及插件,支持多种相关软件的不同类型文件的导入、导出,并且渲染速度快,画面质量高。

1.2 SolidWorks与3DS Max的比较

1)SolidWorks进行建模时是基于实体建模,它不仅能描述零件的轮廓线与表面,还能描述其体积,因此实体模型包含体积与曲面的各种信息;3DS Max进行建模时是基于曲面建模,仅仅描述了模型的曲面信息而不包括体积与质量等信息。

2)SolidWorks进行机械建模,模型尺寸精确,装配效率高,动态设计和特征管理模式使其修改方便;3DS Max对于工业机械类建模不够精确,装配管理效率低。

3)SolidWorks软件虽可以利用其自带插件PhotoWorks进行产品静态渲染,但无法进行动态渲染,利用MotionManager插件可进行动画设计,但效果无法与3DS Max相比。

4)3DS Max中的模型可以导入各种VR软件中进行交互设计,但SolidWorks软件模型却不能直接导入,需借助于第三方软件来完成。

综上所述,2软件各有优势,因此结合2软件各自特点,取长补短,采用SolidWorks建模并装配,然后在3DS Max中进行模型的渲染以及动画制作。

2 三维仿真动画的实现

2.1 SoHdWorks软件建模及装配

利用SolidWorks强大的实体建模功能,通过拉伸、旋转、放样、阵列以及孔特征等操作完成各零件模型的建立,并按照机械产品实际工作时的各种相对运动关系对零件进行装配。在此,以风电机为例加以说明。

2.2 模型导入3DS Max

风电机模型建好后,需将三维模型导入3DS Max,为完成仿真动画做好准备,将SolidWorks模型导入3DS Max中,有以下几种方法:

1)将SolidWorks文件转换成.stl文件,这也是最常用的方法,此方法导入单个零件比较好,但如果导入装配体,则需将装配体保存为.stl文件后,把每个零件一一导入,比较繁琐。

2)将SolidWorks文件转换成.igs文件,.igs文件较小,但有时会出现个别面无法转换,或者是导入3DS Max中出现多面和少面现象,特别是针对一些复杂曲面造型,转换误差更大。

3)将SolidWorks文件转换成.wrl文件,这种格式适用很多软件,而且可以将装配体中的多个零件同时导入3DS Max中,方便快捷。

4)使用插件Powe NURBS R2.71.3DS Max装了这个插件后可以直接将SolidWorks文件导入,但是有时零件会出现破面(这时就需要将出现破面的零件单个导入),而且导入的时间通常比较长。

综上所述,在SolidWorks软件中建立好的装配体模型导入3DS Max中时,最好将SolidWorks文件保存成.wrl格式的文件,这样可以在保证模型质量时大大减少工作量。

在模型导入后,对零件的位置、角度不要进行任何修改,装配体中的零件相互之间的位置,因在SolidWorks中已确定,导入到3DS Max中,零件之间的装配位置依旧保持不变,无须重新定位。虽然装配体在3DS Max中的装配位置与SolidWorks中保持一致,但装配关系却不复存在,即各零件之间是可以任意移动或旋转的,因此需在3DS Max中将装配体中相对位置不变的零件设置成组。在本例中根据风电机的实际工作原理,将3个叶片和轮毂设置成组并加以命名,将3节塔筒设置成组并加以命名,机箱单独命名。

2.3 3DS Max中的模型渲染及动画制作

将模型导入3DS Max后,需要对模型做进一步的编辑与修改,以求更好地符合现实产品的真实性。主要的编辑与修改有:赋予模型基本材质属性与贴图、模型优化,打开材质编辑器,在材质和贴图列表中选择物体的材质和贴图,获得理想的表面效果。利用灯光命令可以设定光源的类型、起始点、角度和强度,同时可以将“.bmp”,“.avi”,“.tif”等格式的图片设置为背景。

3DS Max中动画制作可以通过创建链接、制作关键帧和轨迹视图来实现,本例中风电机运动动画过程是在3DS Max环境中制作的。

首先,把风电机的各个零部件按所在的位置关系划分组(Group),然后用选择连接和打断连接的命令建立起物体之间的层级关系,建立物体与物体之间的子物体和父物体,当修改子物体时不影响父物体的位置关系,而父物体的位置变动将影响到子物体的位置关系,它们之间是随动的。在动画制作中,关键是调整关键帧的位置,调整该零件的动画位置功能曲线,使之符合产品的运动规律。

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