在二维绘图工具的效率已经发挥到极致的今天, 三维设计软件已经被越来越多的设计者所关注和应用。三维辅助设计代表了最新的设计理念和先进的设计水平,并在实际工作中显示了强大的优越性和高效绩优性, 已成为工程设计中新的趋势和方向。国内一些大型水泥设计院已开始将三维设计应用于水泥工厂设计,耐火材料作为水泥窑炉的重要组成部分, 三维设计势在必行。 随着计算机硬件技术的发展和计算机三维图形软件开发的成熟, 利用数字化手段, 计算机三维动画技术在近年来成为计算机应用领域的热点,在工程设计和装备研发设计中具有广阔的应用前景。本文就三维设计在水泥窑耐火材料工程设计中的应用进行介绍。 传统的二维设计成果是一张张的平面图, 并不直观, 工程状貌只有等工程完工后才能呈现出来。而采用三维可视化设计手段却可以使工程完工后的状貌在设计之时就呈现出来, 在设计理念的表达上非常直观清晰, 所想即所得。 三维设计成果可直接用于项目演示、招投标书、成果汇报、项目进度控制等, 相较于平面设计图, 三维立体的演示更为直观且更具科学性、准确性和说服力。 施工人员可以简单明了地从设计效果图中看到将要完成的工程的外形以及各部位的数据, 省去了读图和理解上的麻烦和误差。尤其是对于复杂的构造和曲面, 能够大大减少施工中的错误和误差。 三维设计能更深入地完善设计方案, 三维建模更加直观, 可实现空间的平面、立面、三维模型以及场景动态漫游的全息立体表现, 完美而鲜活展示现代工程设计艺术。 图1为篦冷机耐火材料三维设计图。从图1中可以直观地展现耐火内衬厚度、耐火材料的种类、分布及膨胀缝的布置等, 使得现场施工更加方便、快捷、准确, 保证了耐火材料施工效果, 有助于从施工方面保证耐火材料的使用寿命。
图2为某设备局部设计方案详图。从图2我们很容易看出耐火材料的种类、耐火材料布置、厚度及膨胀缝留设等细节, 为业主及施工单位提供更加直观、准确、简单、清晰的设计效果, 这是二维设计无法达到的效果。 图3为水泥回转窑窑口部分锚固件分布设计效果图。从图3可知, 水泥窑窑口锚固件分布通过三维设计, 可以直观地展现锚固件的样式, 精确地计算分布用量,节约不必要的材料成本, 提高经济效益。通过三维效果图可以模拟锚固件在狭小空间内的施工状况, 可以有效解决锚固件在施工过程中易出现重叠交叉的现象, 大大方便现场施工。
三维动画技术在现代工程设计中的运用主要在设计方案的表达上, 工程动画技术能带给客户前所未有的直观的表达方式, 将各种专业性很强的技术措施形象化、通俗化。又因为动画可以进行连续动态的演示, 可以完整地表现工程技术中有关进度、过程、步骤等各种时间要素。图4为托砖板部位耐火材料的施工过程, 详细演示了锚固件、保温层、耐火砖、浇注料、膨胀缝等的砌筑施工顺序及施工要点, 清晰准确地展现设计理念和设计细节。 众所周知, 水泥厂篦冷机喉部耐火材料磨损严重, 使用寿命短, 我们针对某厂该部位耐火材料设计最优方案, 用二维及三维设计进行表达 (图5) 。从图5中我们可知, 二维设计方案是一张简单的平面图, 并不直观, 但三维不同角度的效果图可以使工程完工后的状貌在设计之时就呈现出来, 非常直观清晰, 很容易得到业主的认可和采纳。
3 力学分析
三维设计可以和有限元分析软件互通, 通过模拟耐火材料使用工况, 进行机械应力及热应力分析。图6为锚固件机械应力分析图。
从图6可知, 采用三维软件对锚固件机械进行应力分析, 可科学地计算出锚固件的安全系数、疲劳强度, 为锚固件选型、分布提供重要的科学依据。
4 结束语
三维设计的运用为设计师和用户之间搭建起“真实”的沟通桥梁, 通过直观、准确、以及动画模拟演示, 三维设计能清晰地体现出耐火材料的设计思路及施工方法,更加务实、高效;而应力分析将为耐火材料使用状况提供科学的数据分析。三维设计技术在水泥窑耐火材料工程上的运用, 不仅能够大大缩短设计周期,为客户提供优秀的设计, 还为耐火材料的应用效果奠定了先天的科学设计基础。
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