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基于VB与SolidWorks的非标螺纹法兰设计与快速建模 |
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作者：胡峰 何庆中 赵文纯 |
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非标准螺纹法兰广泛应用于石油、化工等工业压力设备中[1]。随着产品更新换代的加快，对非标准螺纹法兰的设计提出了新的要求，产品形式多样，设计周期短。但是，在不同的压力设备中，非标准螺纹法兰的规格也不尽相同，没有一个通用的标准，每次设计都要从头开始，设计过程比较繁琐，需要反复调整某些参数，设计周期冗长，使得设计工作费时、费力，而且会时常出错。另外，传统的人工绘图已不能适应其发展。随着计算机和CAD技术的发展，采用计算机硬、软件技术对非标准螺纹法兰进行自动设计、修改及输出，为提高非标准螺纹法兰的设计质量提供了强大的工具。目前，非标准螺纹法兰的设计软件较少，只能计算结果，软件系统不能提供非标准螺纹法兰的三维模型，影响了设计的直观性。本文开发的设计系统适应性强、人机界面友好，直观显示非标准螺纹法兰的三维模型，能自动生成设计说明书，管理方便。
1.软件的设计
1.1 软件的总体结构
非标准螺纹法兰的设计计算与快速建模软件采用面向对象的Microsoft Visual Basic 6.0程序设计开发语言（以下简称VB）实现，VB是一种Windows操作系统下的应用程序开发工具[2]，采用图形用户界面（GUI）、面向对象驱动的方法机制。通过采用VB编程，建立良好的人机交互界面，使计算过程更清楚、更易于分析。三维实体建模已产是品设计的主流，在众多三维CAD软件（如Catia、Pro\E、I-DEAS、UG等）中，SolidWorks[3-5]软件具有独特的优势，非标准螺纹法兰的三维成型[6-8]即采用SolidWorks的三维设计功能。具体的非标准螺纹法兰的设计与快速建模设计的主要内容为：（1）设计准备：了解非标准螺纹法兰的结构，设计参数选取，公式确定，材料等；（2）初步设计：根据上述资料，确定设计软件的界面，编辑、调试程序；（3）结果输出：输出结果为非标准螺纹法兰的三维模型、保存为Excel形式的设计说明书。非标准螺纹法兰的设计与快速建模软件的总体结构如图1所示。
图1 软件总体结构图
1.2 软件设计模块
VB语言是一种模块化开发设计软件[2]。模块是单独命名的可以通过名字访问的数据说明、可执行语句等程序对象的集合。模块化就是把一个复杂的大型化程序划分为若干个模块，每个模块完成一个子功能，把这些模块汇总起来组成一个集体，可以完成指定的功能而满足问题的要求。采用模块化原理可以使软件结构清晰，便于设计、阅读和理解，从而便于维护。通过分析非标准螺纹法兰，将软件设计为模块（见图1），分别是数据输入模块（InputM）、计算模块（CalculationM）、评价模块（CheckM）、设计说明书模块（OutputM1）、三维实体实现模块（OutputM2）。
InputM模块的主要功能是将非标准螺纹法兰设计任务输入并赋值给各变量；CalculationM模块的主要功能是将输入的数据进行工艺设计计算；CheckM模块的功能是在CalculationM模块中得到的数据基础上，将其与非标准螺纹法兰材料的各项参数进行比较，校核；OutputM1模块是自动生成设计说明书，并将其保存为Excel文档；OutputM2模块是将得到的设计结果以三维模型形式输出。
2.软件的运行
2.1 软硬件要求
CPU：奔3以上；
操作系统：Windows98、Windows2000或WindowsXP；
内存：至少256M，建议1G；
显存：128M以上；
要求的软件：SolidWorks2008。
2.2 软件的使用介绍
设计软件以Visual Basic 6.0为开发平台，根据非标准螺纹法兰设计所需的数据设计合理的界面，操作方便、简单。软件集成了SolidWorks的三维模型设计功能，设计说明书可以自动生成，并以 Excel文档的形式保存，方便设计者查阅与共享。启动程序，主界面如图2所示。首先在“材料”菜单，选择非标准螺纹法兰的材料，得到非标准螺纹法兰的设计参数，如材料的弹性模量、泊松比、设计温度下的各项许用应力等。
图2 软件的主界面
如果用户在输入参数的过程中，输入了不合理的数据，系统将弹出相应的对话框进行提示，如图3为输入了不合理的内孔的直径参数时，系统给出的提示对话框。
图3 错误提示对话框
若输入的数据合理，点击“计算”菜单，就完成了计算过程，并将计算过程自动保存为Excel电子表格，存放在一个指定的位置，如图表所示。
图4 计算说明书
在主界面中，用户可以点击“视图”里的“清除内存”，即可将数据清空，再重新输入参数，并选择设计温度进行下一次计算。
计算完成后，点击“校核”菜单，程序将前面的计算结果与设计温度下选定材料的各项许用应力进行比较，看其是否在许用的范围内。校核完成后，程序会自动将校核的结果添加到计算说明书里，保存到指定的位置。经过校核后的计算说明书如图5所示，它将校核结果添加到结果那一列。
图5 校核结果
经校核满足使用要求后，用户可以点击菜单“绘图”或“绘图”按钮，自动调用SolidWorks绘制非标准螺纹法兰的三维模型。其三维模型如下图所示。
图6 非标准螺纹法兰的三维模型及局部视图
非标准螺纹法兰的三维模型建立好后，单击主界面中的“保存文件”即可将模型保存到指定的位置，点击“退出程序”按钮，程序将会关闭SolidWorks软件。完成后，点击关闭，退出非标准螺纹法兰设计与快速建模软件。
3.结论
从非标准螺纹法兰的计算说明书里，可以看出，非标准螺纹法兰的设计与快速建模软件的计算精度比较高，克服了人工设计计算容易出错的缺点，使得设计计算时间缩短了，省时省力。软件里的三维实体实现模块（OutputM2）可以方便地通过调用SolidWorks三维绘图软件，实现非标准螺纹法兰的三维模型的绘制。设计过程直观，而且用户也可以在些基础上添加自己的应用模块，将软件与Ansys、Abaqus、MSC等有限元分析软件结合起来，开发出具有用户特色的应用软件。
参考文献
[1]秦叔经，叶文邦。换热器[M]。北京：化学工业出版社，2003。
[2]Evangelos Petroutsos。Visual Basic从入门到精通[M]。邱仲潘译。北京：电子工业出版社，1999。
[3]李润，邹大鹏，徐振超等。SolidWorks软件的特点、应用与展望[J]。甘肃科技，2004，20（5）：57-58。
[4]贾宝贤，赵万生。SolidWorks在工业造型设计中的应用[J]。机械设计与制造，2003，（4）：116-118。
[5] 叶永伟，梅一珉。基于SolidWorks的产品特征建模与实现[J]。浙江工业大学学报，2003，31（4）：387-390。
[6]江洪，李仲兴，刑启恩。SolidWorks2003二次开发基础与实例教程[M]。北京：电子工业出版社，2003。
[7]江洪 魏峥等。SolidWorks二次开发实例解析[M]。北京：机械工业出版社，2004
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(3/21/2009) |
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