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计算机建模世界是一个庞大的技术和程序阵列，可以作为工具，帮助专业人员创建，模拟和可视化他们的设计。本文将介绍一些不同类型的3D建模软件，然后通过Solidworks中的一个示例工作流向您展示您可以使用该软件做什么。
三维计算机建模程序
根据你的行业不同，你可能会使用以下几种流行的计算机程序中的至少一种:
- CAD/CAE(计算机辅助设计/工程):典型应用于机械、汽车、航空航天等工程领域。一些例子:Solidworks, Autodesk Inventor, Autocad, PTC Creo (Pro/Engineering)， Catia。
- NURBS(非均匀有理基样条):用于制造技术曲面，如汽车和工业设计中的a类曲面。例如:别名
- 多边形建模:主要用于媒体，电影和视频游戏，但在过去的几年里，它已经被用于创建复杂和准确的表示工程，机器人，主题产业和医疗动画。例子:3ds Max, Maya
- 数字雕塑:最初用于媒体，电影和电子游戏。由于其高细节的能力，它beplay客户端下载也被用于玩具设计、制造、3D打印、主题产业、建筑和医疗动画等。例子:。版Zbrush, Mudbox终于又
CAD / CAE技术的改进
如果你参加过CAD培训课程或看过教程，你可能会先创建一个新文件，学习如何使用鼠标，选择其中一个平面“Front”、“Right”或“Top”，然后在其中一个平面上画一个2D轮廓线。接下来你要做什么?毫不犹豫地点击“Extrude”按钮，2D概要文件就会产生3D Solid，并伴随着兴奋感(听起来很熟悉?)
不要误会我的意思，你创建的第一个3D实体模型会让你觉得你在一个荒岛上，你只是用几块石头点燃了一堆火。问题是，大多数CAD培训课程和教程都是像烘焙食谱一样教你。我不会烘焙，但我和我妻子一直在看“英国烘焙秀”，强烈推荐。如果我们习惯了教程的配方步骤，那么当我们不知道它们使用的所有信息时，我们就会迷失方向。如果你看了烘焙节目，你就会明白我的意思，当参赛者被要求在不知道烤箱温度或烘焙时间的情况下烘烤特定的东西。
一个常见的“方法”是依赖软件自带的默认草图平面名称，通常命名为“Front”、“Top”和“Right”。这可能会引起误解，特别是在软件之间的导出/导入过程中。以Solidworks和AutoCAD为例，如图6所示。在Solidworks中，平面“XY”默认为“Front”，但在AutoCAD中，它实际上是“Top”。所以当你在软件之间转换几何图形时，你可能会得到旋转的几何图形。为了避免这个问题，始终关注“X”，“Y”，“Z”，如果可能的话，将飞机的名称更改为“XY”，“XZ”和“YZ”。如果你在导入/导出时仍然有问题，首先尝试一个基本的几何图形，如圆柱体或3D箭头，它将帮助你可视化和理解几何的方向时，导入到第二个程序。
三维建模基本概念
产品开发通常是围绕产品的各个部分(有时称为组件或系统)进行功能组织的。例如，在一辆汽车中，你有悬挂系统，动力系统，车身，底盘和其他系统。工程师被分配到一个或一组零件，然后负责完成设计。在CAD/CAE中，不仅要了解所使用系统的局限性，还要了解您的工作如何与整个产品的其余部分交互，这一点至关重要。您可能会被要求减少设计的质量，但通过移动重心，您的部件可能会影响设计中不包括的其他区域的负载。如果您没有对变更进行文档化和交流，其他团队可能会使用过时的修订。另一个典型的误差可能发生在几何修改时，导致零件的干涉或碰撞。
好消息是，CAD/CAE软件在不断发展，通过添加新的功能和工具来方便我们的生活。检查干扰和跟踪修正是常见的任务，但它并不止于此。不同的工程计算可以在设计阶段进行参数化验证迭代。
例如:将材料应用到你的几何体中，不仅可以测量质量，还可以计算惯性矩，这在选择电机或进行其他计算时很有用。图7显示了一个对比手工计算和CAD/CAE评估的快速示例:环的外半径为75mm，内半径为55mm，厚度为10mm，材质为A36钢(密度7.85×10－6公斤/毫米3.)．既然我们知道了环的尺寸，我们可以计算体积(V)，然后计算质量(m)，因为我们还知道材料密度(d)，然后根据质量和半径，我们可以计算转动惯量。对于手工计算，我们得到大约0.64公斤和2773190公斤毫米2，接近Solidworks等CAD软件提供的估算值(m= 641.2克;Pz= 2773184.35 kg mm2)．
3D建模工作流程示例
为了详细说明，我们将向您展示CAD/CAE用于创建设计的多种方式之一。我们将使用一个假设的场景:假设您在一家制造公司工作，您将安装一个如图3所示的工业机器人。你意识到你不能把机器人固定在地板上，因为你需要机器人到达一个更高的位置。在定义项目需求之后，您开始创建几何图形，如图8所示的参数草图，表示机器人将被固定的底板;柱子的中心线将被锚定在地面上，作为结构来提高装配。您可以包括螺栓位置和机器人与您的板之间的接触面。请注意，我们正在定义我们的工作量，但我们也在考虑相互作用的元素会发生什么，在这个例子中是机器人螺栓。
下一步是创建底板的3D实体(图9)。一个有用的技巧是通过突出螺栓和机器人接触区域来分割板的顶面或表面。我们将需要它来使用一种叫做有限元法的数值技术来分析我们的设计。当我们对钢板和螺栓之间的接触应力感兴趣的时候，或者当我们检查我们是否使用了合适的螺栓尺寸的时候。
下一步:列。除了零件和装配，大多数CAD/CAE软件允许您在同一个零件文件中创建多个实体。这些多个固体稍后可以分裂成一个组合。这种技术使你的设计完成得更快，更容易控制。
但是在创建3D柱之前，您需要创建2D横截面，它将被挤压形成3D柱。我们的框架示例很简单，只有四列，因此对每一列进行挤压或创建复制模式并不困难。在其他实际应用程序中，您可能会得到越来越复杂的中心线。出于这个原因，大多数CAD/CAE程序已经提供了一个工具，包括基于工程标准的焊件剖面库和自动创建3D的方法;只需要选择轮廓线和中线。你也可以自定义你自己的2D概要文件，并将它们添加到库中。
焊接库工具的美妙之处在于，您可以在很短的时间内创建几个设计迭代，例如，参见图11、12和13。
如果需要，您可以添加新的草图线和新的焊接元素的对角支持。完成此操作后，您可能会考虑修剪或斜接成员之间的连接。CAD/CAE程序包括自动工具来开发这些连接，如图14和15所示，所以你不必手动建模复合切割表面。
现在我们有了几何图形，是时候进行第一次计算，以确定我们的设计是否朝着正确的方向发展。大多数CAD/CAE程序包括FEM模块(有限元方法)，尽管它们不具有更专业的FEM程序(如Ansys, Comsol, Nastran)的相同功能;beplay客户端下载我们仍然可以创建不同类型的应力分析模拟。
焊接尺寸可以根据美国或欧洲焊接标准估算，如图16和17所示，使用电极材料性能和设计规范因素。
如前所述，我们可以进行应力分析，无论是静态的还是动态的。计算正应力、剪应力或主应力;你需要这些力。见下一个方程，其中“F”是节点力和力矩的向量，“K”是单元刚度矩阵，“x”是节点位移的向量。手工计算这些矩阵和向量对于一个简单的几何形状并不具有挑战性，但是当几何形状是复杂的，或者当非线性和多重物理与我们的设计相互作用时，像FEM这样的计算机数值技术被证明是有用的。
在我们的例子中，如果你知道机器人的运动，你可以估计加速度，以及作用在底板上的力和力矩。应力可以可视化，并与材料性能进行比较。焊接弦或螺栓邻近节点上的合力可以提取出来进行后处理和计算。我们虚构的例子只展示了步骤，所以我省略了带有下一个图的压力结果的说明。当您创建这种类型的分析时，您可以显示值的范围，并指定一个颜色图例，其中可以确定最大值和最小值，以便与材料属性或设计标准进行比较。
在现实中，有不同的方法来模拟焊接和螺栓。其中一些方法包括将接触面建模为分裂表面，另一些实际上是将其建模为简化的螺栓和焊接弦几何体;您可以根据您所寻找的内容和完成设计所需的时间来选择使用什么。你还需要在重要的区域细化网格，例如接触区域。
最后，我们可以用机器人组装我们的框架来创建车间图纸，检查螺栓对齐，甚至创建一个很酷的产品演示。
综上所述，本文展示了三维建模软件的多种不同工作流和类型之一。如上所述，3D建模软件的优势之一是可以快速生成物理、机械分析和制造约束条件的设计，可以在增加生产之前对设计进行评估，这样就可以在设计的早期阶段发现故障和风险。对您来说，总是验证您的设计，而不是盲目地相信计算机的结果是很重要的。记住，缩写是CAE代表计算机辅助工程师，而不是CE代表计算机工程师。
