客车车身骨架参数化设计方法研究

日渐成熟的CAD/CAE一体化研发技术越来越得到设计人员的认可，汽车产品设计方法由传统的设计方法转变为以降低产品设计成本、提高产品精度和缩短产品研发周期为目标的现代设计方法。客车车身骨架在实际工程中使用中多为型材，如何减少客车车身骨架模型研发时间，提升客车车身模型修改效率以及提高模型通用性来降低汽车企业的研发成本，是客车车身设计过程中面临的重要课题［1］。在实际工程应用中，运用结构设计和创成式曲面设计方法越来越受到设计人员的青睐。

Catia软件中的结构设计（Structure Design，STD）模块是专为结构设计而开发的。线框与驱动平面相结合的建模方式是此模块的特点，便于建立和修改结构件模型。在运用STD模块设计时，研发人员只需确定点和参考线的基本位置，而不需要关注模型的其他方面；在模型改动时，选择新的型材能快速完成结构更新，大大提高了设计人员的工作效率［2］。开发并补全符合国内客车行业标准的型材库是运用此方法的关键点。

创成式曲面设计（Generative Shape Design，GSD）的主要功能是在曲面特征及基本线架的基础上进行产品的外形设计，用户特征（UserFeature，UF）功能是其智能工具的一种，UF功能增强了以特征为基础的方法的设计环境。在运用GSD模块设计时，用户考虑的重点在客车线架的建立，但此方法的关键点在于用户自定义特征的创建，需要根据国内客车型材截面的特点构建特征截面。

文中基于Catia运用STD和GSD方法，建立了客车车身骨架的参数化模型，并比较了2种方法各自的优点与不足之处。

1 建立客车车身骨架线架结构

采用基于造型曲线（龙门曲线、前围曲线和后围曲线）的客车车身骨架参数化设计方法，通过输入造型曲线及客车基本结构参数构造客车车身线架结构，建立客车车身骨架参数化模型［3］。

我孙东西可以不管升降，一心一意想做一个普通的老百姓，可李天明不，没了官当之后我这个同村的老哥就把事情闹大了。

依据国家标准GB/T 17340-1998、GB/T 13053-2008、GB/T 23334-2009和汽车设计手册，以及客车车身结构特征、客车总布置策略，并结合人机工程特点，确立客车结构设计相关参数要求。客车结构可以通过修改主要参数值进行修改，部分主要参数如表1所示。

他坚信秉承“金般品质、百年承诺”的经营理念，通过加大科技投入、强化茶叶的深加工、加强横向联合，创立民族产业的著名品牌；他保护非遗尊重传承，为中国茶产业和茶文化贡献一份力量。

创成式曲面设计模块不是专为钢结构设计而开发的，与STD模块相比，GSD模块的布尔运算较好的处理了梁与梁交叉干涉的情况，保留完整的骨架结构，故可从GSD模块用户自定义特征切入，进行客车骨架参数化建模，具体步骤与运用STD模块构建模型相似。

 

表1 客车部分主要参数

  

项目轴距后悬前轮轮框宽度前轮轮框宽度侧窗高度侧舱高度侧围高度侧窗个数中门宽度中门高度车尾离去角车门台阶高度逃生窗长度参数代号WB DTR FWFW RWRW SWH LH SWLH M MWD MHD DANGLE HD LBIR项目车内过道宽度车内过道深度末排台阶深度车尾台阶深度车尾台阶高度空调长度空调宽度空调高度前围车高车宽车门台阶深度逃生窗宽度参数代号AW AD LLS WSTP HSTP LAC BAC HAC FW CZ CY LD BBIR

2）将截面零件添加到Catalog

  

图1 造型曲线

  

图2 右侧围中段骨架

2 运用STD模块构建参数化模型

使用STD模块时型材库必须是完整的，而Catia自身所带的型材库不能完全满足国内客车行业的要求，如L形薄壁钢管等，这就要求用户必须开发适合国内标准和符合公司要求的标准型材库［4］。从Catia R17版本之后，用户直接更改型材库的方法不能使用了，加大了开发的难度。

2.1 型材库开发

1）建立参数化截面模型

按照安装文件路径Dassault SystemesB21startupEquipmentAndSystemsStructureStructuralCata -logsMaterials打开StructureMaterialSpecifications.catalog，将解析后的截面零件添加到Catalog，并保存更新即可。

 

表2 Catalog的调用参数

  

参数名称Profile Type Part Number Family Name Catalog Name说明界面类型区分每个截面文件Catalog中建立截面Family时调用Catalog中的标准号

2）建立Catalog并解析零件

3）将解析后的截面零件添加到Catalog

（1）防止二次污染。在经济技术适用性满足常州市河道清淤特点的前提下，比选并引进国内外先进的清淤技术和设备，多进行试点，推广环保清淤。同时开展对河道底泥的分析研究，制定出有针对性的疏浚底泥后续处理的方法，防止二次污染的发生。

对Catalog文件按照实际需求进行章节定义。Catia软件本身自带用于解析创建的参数化零件的批量解析文件CATCloGenerateResolvedParts.bat。当完成好相关参数设置后，参数化零件可通过此批量处理文件进行解析，最后将解析文件存放在文件startupEquipment And SystemsStructureStructural-CatalogsModelsResolved中。

首先需要创建完整的链接关联关系，然后才能使用用户自定义的型材截面。整个型材库的基础核心是型材截面文件，在使用型材的截面文件时需符合型材库文件的要求，型材截面文件必须含有型材截面的几何信息以及Catalog的调用参数（表2）。文中采用进程内系列化模式，将引入Catalog设计表，建立系列化截面草图零件。以截面L形薄壁钢管50×50×5×1.5的型材作为说明，其他截面不一一赘述。在零件设计（PDG）模块的xy平面内新建一个型材截面草图，如图3所示。首先自定义零件基本参数，然后定义草图尺寸与基本参数之间的关系，最后通过设计表创建Excel设计表格，如图4所示，这样就完成了设计表和草图之间的关联。基本参数包含PartNumber、ProfileType和型钢结构参数，且PartNumber、ProfileType必须采用此种命名方式，Catia库才可识别参数并解析零件。

两者的结合主要在于培养方案(包括目的、方法)，培养过程等方面的相互融合，因此确立了卓越工程师实践教育培养的总体思路：“依托竞赛平台，突出工程教育，重视工程实践，建设一流基地、培养一流人才”。

  

图4 Catalog设计表

2.2 型材库运用

1）同系列型材的替换

在建立型材库时插入了Excel设计表，完成了同一型材的系列化。当需要使用同一系列下不同尺寸的型材时，可以替换Excel设计表中的配置属性，然后更新保存，最后回到Structure Design界面进行更新即可。

2）异系列型材的替换

异系列型材之间的替换比较简单，直接选取其他系列的型材代替即可，如图5所示。

  

图5 型材的替换

2.3 三维实体模型构建

设计钢架结构时由于型材规格一致的骨架可以同时生成，如图5所示，故使用STD模块构建曲线结构、线性结构以及板材结构的效率高，极大地方便了工程设计人员［5］。基于STD模块搭建右侧围骨架中段三维实体模型，如图6所示。

从出笋产量看(表3)，施肥处理的笋产量均高于对照，处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的笋产量分别较对照提高25%、14%、56%；从出笋质量看，4个处理一级笋所占比例以施用有机肥的处理为最高，其次为处理Ⅰ(尿素、磷肥、钾肥施肥量分别为50、30和20 kg/667 m2)。可见，施用有机肥并加以覆盖也有助于提高出笋质量。

  

图6 右侧围骨架中段三维模型

2.4 模型修剪

在生成的实体模型中存在梁与梁干涉的情况，如图7所示，使用STD模块中Coping Plates and Shapes功能修剪模型，能够快速完成模型的修剪，修剪结果如图8所示。

厌氧发酵是利用餐厨垃圾在厌氧条件下通过微生物的代谢活动产生沼气，此方法有助于餐厨垃圾的减量化处理和资源化利用。但是由于餐厨垃圾物料所含的油脂、盐分高以及垃圾分类不彻底引入的杂质过多（如塑料袋、金属、碎瓷片等）会对餐厨垃圾厌氧发酵过程产生不利影响。因餐厨垃圾成分复杂，而厌氧发酵过程对餐厨垃圾物料要求较高，若经前段预处理后的物料达不到厌氧消化的要求，就容易造成厌氧消化系统产气不稳或是难以产气等问题[4]。

  

图7 模型干涉

  

图8 修剪结果

对比图7～8可以得出：1）梁1与梁3部分干涉，这种情况修剪的结果比较良好。2）梁2与梁3交叉干涉，从图8中可以看出这种情况修剪的结果并不理想，只保留了梁2的部分结构。

运用STD模块进行客车骨架参数化设计不仅快速且高效地搭建了客车骨架模型，同一型材规格的骨架可以一次性生成，而且开发了适用于国内客车行业的标准型材库，较大程度上提高了客车设计的效率，节约了企业设计开发成本。在使用STD模块修剪模型时，能够快速有效完成修剪，但处理交叉干涉梁的结果并不理想。

3 运用GSD模块构建参数化模型

“云南少数民族传统体育发展成就展”将在临沧开展 云南省第十一届少数民族传统体育运动会将于12月4日至13日在临沧举行，期间，云南民族博物馆将推出特展——“云南少数民族传统体育发展成就展”，该展览主要展示云南少数民族传统体育的发展脉络和云南在少数民族传统体育事业方面的工作成就，使观众深切感受到少数民族传统体育项目的魅力。

3.1 用户自定义特征开发

1）建立用户自定义特征截面

在GSD模块中新建一个定位草图位于xy平面内的型材截面草图，切换至创成式曲面设计模块，通过定义特征，创建特征截面，并将零件保存在DassaultSystemesB21intel_astartupComponentsMe chanicalStandardPartsISO_StandardsModels目录下。

以右侧围中段骨架为例阐述骨架建模过程。在客车车身右侧围中段线架模型的搭建过程中，需要输入造型曲线（龙门曲线），如图1所示，发布能对模型造成影响的参数，主要包括侧舱高度、侧窗高度、侧围高度等。通过输入造型曲线及客车基本结构参数构建右侧围中段线架，如图2所示。

按照安装文件路径DassaultSystemesB21intel_astartupcomponentsMechanicalStandardPartsIS O_StandardsModels打开ISO，将解析后的截面零件添加到Catalog，并保存更新即可。

3.2 三维模型构建

1）插入用户自定义特征截面

在曲面设计模块中，打开右侧侧围子骨架，选择“插入”以及“从文档实例化”功能按钮，找到已经保存的自定义特征截面。

试验焊缝完成48h后，检测焊缝表面，两组试件表面均无裂纹产生。然后解剖磨制断面，用40倍放大镜观测断面裂纹，均无裂纹产生。对接接头刚性拘束焊接裂纹试验结果如表8所示。

2）利用扫掠功能生成客车骨架

在扫掠完成后，可以依据客车国标GB 13094-2007等要求的相应型材，利用面增厚功能增加生成面的相应的厚度，完成客车骨架模型［6］。

3.3 模型修剪

使用GSD模块的布尔运算功能修剪模型与运用STD模块修剪模型的结果相比，利用GSD模块的效果更好，模型修剪后，梁交叉之处完全被移除，且模型保留完整，修剪结果好，达到了设计人员的要求，2种方法的局部结果对比图如图9所示。

  

图9 局部模型修剪结果对比

4 结论

根据客车结构特点，基于Catia平台，运用基于型材库的STD模块和基于用户自定义特征的GSD模块2种方法创建了客车车身骨架的参数化模型。通过对比得出结论：1）运用STD模块构建实体模型，这种基于型材库的设计方法比较高效且易于结构件的快速建立与修改，但不足之处在于处理梁与梁完全干涉的功能模块并不能完全满足设计者的要求，处理结果有待提高；2）通过GSD模块建立模型，这种利用用户自定义特征方法构建的参数化模型比较容易修改，布尔操作方便且满足制造工艺要求，但在生成客车车身骨架模型时不能快速高效地建立骨架模型。

那么推什么？一言以蔽之，就是推进廉洁政治建设。干部清正、政府清廉、政治清明，是习近平总书记推进反腐倡廉建设思想的目标和理念。干部清正，不仅仅对执政党自身的建设和国家政权体系的建设有利，更是对整个社会风气的健康发展有重要作用。清廉是共产党领导的人民政府应有的本质特征。政治清明，是社会主义国家的内在要求。中国共产党领导广大人民群众进行民主政治建设，理应是清明的政治。

参考文献：

［1］于哲峰.基于Catia的汽车车身逆向设计方法研究［J］.鞍山师范学院学报，2011，13（2）：15-18.

［2］李长春.CATIA结构设计型材库的创建与应用［J］.科技资讯，2011（29）：60-60.

［3］刘坦，张胜兰.造型曲线驱动的客车车身骨架参数化设计方法［J］.湖北汽车工业学院学报，2017，31（2）：18-22.

［4］王永岗，杨利杰.CATIA三维参数化建模技术及其应用［J］.机械工程师，2014（5）：200-202.

［5］朱瑶洁，尹明德，方德广.中型客车车身骨架的参数化设计方法研究［J］.轻型汽车技术，2007（4）：14-18.

［6］朱瑶洁.框架式客车车身参数化设计方法的研究［D］.南京：南京航空航天大学，2007.