Soildworks软件在钢结构设计制造中的应用

Soildworks软件在钢结构设计制造中的应用

张浩然许文奎刘凯豆虎林

（甘肃中水电水工机械有限公司祥云分公司云南大理672100）

摘要：本文简要介绍了一种实用的三维软件Soildworks，同时分析了钢结构设计制造发展趋势，阐述了Soildworks软件的概念、重要模块及在钢结构设计制造中的应用，并对软件在钢结构设计制造领域的应用做出总结。

关键词：钢结构；设计制造；三维软件；Soildworks；

引言

制造业作为国民经济的重要组成部分，直接体现了一个国家的生产力水平，我国制造业作为国家的支柱产业、实业根基，其市场一直保持着较好的发展态势。随着产品的多元化、多样化、复杂化和智能化发展，为了缩短产品开发设计周期、降低成本，钢结构制造业的设计制造也倾向于摆脱二维图纸的局限，而使用更加智能的三维软件模型作为工程语言来表达工程意图。越来越多的三维软件在市场上随处可见，比如Soildworks、UG、Catia、Pro/E、TeklaStructures等。通过三维设计软件与钢结构设计制造的结合应用，可使复杂的空间几何体图纸形象化，更好的建立空间概念，与传统的二维设计相比有了很大的飞跃。

1钢结构设计制造发展趋势

钢结构具有强度高、自重轻、整体刚性好、变形能力强、施工速度快、抗震性能好等优点而被广泛应用；其工业化程度高，可进行机械化程度高的专业化生产。钢结构是设备中最主要的受力部分，在功能上起到结构性作用，同时也是主要的建筑结构类型，是现代建筑工程中较为普遍的结构形式之一。

我国钢结构行业的市场化程度近年来逐步提高，市场竞争较为激烈。产值比重在行业内地位突出的钢结构住宅、钢结构桥梁及非标、成套装备制造（包括新能源风电、核电、智能电网、三合一、海洋工程钢结构网等）的潜在市场和自主创新技术发展迅速。通过三维软件在设计制造中的应用提高企业生产效率、工艺水平成为大势所趋。

软件概述及应用

2Soildworks软件概述

Soildworks是基于windows系统的智能型CAD/CAE/CAM组合软件，集成了设计、制造、分析等多模块功能，能够快速的实现三维实体建模、各项综合分析和加工制造。技术水平先进、应用范围广泛、市场占有率较高，是一种功能强大、易学易用的主流三维综合软件。Soildworks的参数化特征设计能实现产品的精确建模，提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。为现代机械设计带来了机打的便利，在钢结构的设计和制造领域也同样适用。

Soildworks重要版块主要包括：CAD设计版块（特征建模、零件装配、工程制图、钣金设计、模具设计、焊件等）、CAE分析版块（强度、应力、运动受力分析等）、CAM数控编程版块（加工中心、数控铣床、数控车床、线切割等）、集成插件版块（高级渲染、特征识别、动画制作、标准件库等）。

钢结构设计制造的流程可概括为根据钢结构产品的设计技术要求，确定各部件的主要结构和尺寸，进行部件设计，通过装配或焊接将设计好的各个部件组装并做干涉检查及力学分析，过程中发现问题及时返回修改优化，最后进行渲染，制作三维动画展示，经过评审后出工程图进行制造。软件提供全程辅助，并提供了标准件库、特征识别、一体化解决方案等高级工具/后台服务支撑。本文重点介绍该软件四大版块中在钢结构领域应用较多的功能。

3Soildworks软件应用

3.1CAD设计版块

CAD设计版块是三维软件中的基础版块，这个版块的功能足以完成钢结构的初步设计。在设备钢结构的设计制造中，最常用的功能主要是部件特征建模、零部件装配、焊件、钣金设计等功能。

Soildworks提供了基于特征的实体建模功能，通过标准几何体或拉伸、旋转、薄壁、抽壳、阵列、打孔等命令生成三维特征并有序叠加或合并，从而达到结构部件的三维构型目的，在设计过程中，可以通过对草图的动态修改实现设计的实时调整。金属薄板钣金设计作为一种综合冷加工工艺设计，首先要通过“基体—法兰/薄片”、“边线法兰”和“斜接法兰”命令生成钣金基体，然后对基体进行“折弯”、“展开”和“转折”等多项命令的操作。同时也可以通过“插入折弯”命令从现有保存的零件生成一个钣金零件。需要说明的是，钣金模块、三维特征建模以及和其他功能模块之间是相互关联的。

Soildworks的零部件装配可以根据零部件需求完成零部件装配并对装配完成的零部件进行干涉检查来验证设计的合理性，针对干涉部位进行实时修改，直接避免了二维图纸出现错漏现象，有效的提供了工作效率和质量。

焊件是由多个焊接在一起的零件组成的。在实际的设计、生产中，焊件大致可以分为两大类，一类多由钢板拼焊而成称之为板焊，另一类多由型材拼焊而成称之为型材焊，通常焊件都为混合焊件。尽管实际上焊件是一个装配体，但在实际的加工、储运、安装时，通常把它作为一个“零件”。在SolidWorks中，焊件作为一个多实体的零件来建模，执行焊件特征指明这个多实体零件为焊件，系统会自动进行一些建模环境的设置，从而我们就可以使用一系列专用工具和功能（结构构件、剪裁/延伸、顶端板、角撑板、圆角焊缝等），加快我们的焊件设计并快速得出焊件切割清单。

3.2CAE分析模块

CAE分析模块可以辅助分析复杂工程和产品结构的力学性能，优化结构等，在钢结构领域，通过前处理、有限元分析、后处理帮助用户对机械零件或钢构件的强度、刚度、屈曲稳定性等是否能够承受实际工作条件等方面进行分析、判读和评定。把生产的各环节高效的组织起来，对其未来的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷，并证实未来工程、产品功能和性能的可用性和可靠性。具备有效缩短设计和分析的循环周期、模拟各种方案减少试验时间和经费、预先发现潜在的问题、优化设计、降低材料的消耗或成本、进行机械事故分析，查找事故原因等作用。

3.3CAM数控编程模块

此模块主要用于数控机加工零件，Soildworks具有较强的编程能力，可满足一般零件的数控加工要求。包含二轴到五轴铣削、车床铣削、线切割，能够提供可靠精确的刀具路径、具有良好的使用者界面、实体模拟切削、泛用型后处理器等功能，一些领域甚至针对复杂的零件采取Soildworks设计建模，CAM功能更加全面的UG编程加工，二者结合，搭配使用。

3.4集成插件

通过功能各异的集成插件，我们能够快速完成标准件的选用，如螺栓、螺母、垫片、齿轮等；各种CAD软件的数据转换，方便利用其他软件的设计成果，同时也为其他软件提供支持以及特征识别；也能够对产品进行渲染、动画、仿真等辅助展示概念设计以图形渲染为例，Soildworks提供的图形渲染功能，能够将设计模型赋予材料质感、动画展示和效果图，通过集成插件，可以制作出近似实际的显示效果，充分展示产品的外观和性能，增强交互。

同时，设计模型在制造阶段作为新的工程语言并结合工程图纸，直观的向制造人员展示结构特征、加深对产品理解和沟通交流、明确制造关键控制点和提高工作效率等方面的作用十分突出。

4结束语

通过Soildworks软件对钢结构进行设计制造，不但能够最大程度的体现产品的设计意图、减少工作量、明确设计思路，对于促进钢结构质量全面提升，提高钢结构设备使用期限和实际寿命，降低企业成本，使产品更加先进，促进相关配套产品、部件的完善提高都具有重大意义。工业4.0时代的大潮与国家品牌已然兴起，更要积极利用先进技术提升竞争力。助力产业发展，逐步使钢结构产业成为我国的战略性新兴产业，初步具备钢铁、钢结构强国目标。

参考文献：

[1]柳云峰，Soildworks软件在机械设计中的应用[J].南方农机，2015.11，（59）：0059-03

[2]Soildworks技术论坛及深入了解[OL].机械设计论坛，2011.02