拖拉机复杂部件模具成型曲面参数化设计--基于UG和Pro/E

基于UG和Pro/E开发软件,采用成型曲面参数化设计方法,以拖拉机车顶板为例,对拖拉机复杂部件进行设计和仿真。从仿真和加工制造结果来看:基于上述方法加工制造的拖拉机复杂部件精度较高,可行性强,对后期拖拉机的零部件造型设计具有指导意义。

网格曲面参数化映射的变形补偿及其在曲面加工中的应用

针对基于网格曲面参数化的轨迹规划中存在映射变形进而影响轨迹规划精度的问题,在分析网格曲面参数化映射变形场的基础上,提出了引入映射变形补偿的计算方法,包括补偿角度变形的方向映射、补偿拉伸变形的长度映射、针对不同三角片具有不同映射变形量的大跨度映射变形处理策略.在实例分析中,对参数化结果的映射变形进行了量化评估,并生成了复杂网格曲面上的等距线环形轨迹与实际的摆线抛光轨迹,验证了所提方法能够有效地补偿映射变形,保证轨迹规划的精确性,从而能够充分发挥网格曲面参数化的降维优势.

汽车曲面参数化造型优化仿真研究

对汽车曲面参数化造型进行优化,可提高汽车外观造型优化设计的质量。由于汽车造型曲面参数有多种,如有一个参数发生变化,汽车曲面造型容易发生变化。采用传统的方法对汽车曲面参数化造型设计时,主要通过建立车身曲面数学模型实现的,忽略了曲面参数之间的关联,导致设计误差大的问题。提出采用B样条理论的汽车曲面参数化造型设计方法。首先建立汽车车身曲面数学模型,依据给定的车身曲面型值点和边界条件反求出汽车车身曲面的特征网格点矩阵,其次,计算出汽车车身曲面的所有特征网格顶点,最后利用自由变形技术,将汽车曲面参数三维模型的六面体空间分配到固定的网格参数坐标,通过调整控制点促使模型产生变形效果,有效的实现汽车曲面参数化造型优化设计。仿真结果表明,改进的汽车曲面参数化造型设计方法有效的提升了汽车造型设计的效率。

可拉伸的ARAP++曲面参数化算法

为了能够得到有效的三角网格参数化结果,基于ARAP方法提出了一种可拉伸的曲面参数化方法。该方法可针对高曲率的三角网格进行处理,消除重叠,从而得到可拉伸的平面和球面参数化结果。它建立在平面ARAP++方法的局部优化和全局求解的框架下,通过调整Jacobian矩阵奇异值的拉伸算子,来控制参数化的角度面积和拉伸扭曲。利用数值实验将该方法与其它方法的3种扭曲度量和运行时间进行对比,将平面和球面参数化方法都应用到模型的纹理映射中。研究结果表明,该算法可以通过平面上的Jacobian矩阵直接推广到球面参数化,便捷高效,应用灵活,可取得很好的视觉效果。

基于曲面参数化的喷涂轨迹规划

为解决工业机器人喷涂作业时传统人工示教方法耗时长、易出错和过于依赖人工的局限性,提出一种曲面喷涂轨迹规划方法。该方法将待加工曲面参数化到平面,在平面上生成偏置曲线,再将偏置曲线逆映射到三维曲面;根据网格模型测地线方法求出的偏置曲线长度和喷枪的喷涂张角信息,在偏置曲线上等比例生成等值线;以最小二乘B样条拟合曲线来平滑数据,并采用粒子群优化算法优化喷涂速度、喷枪高度、膜厚三者之间的关系,进而确定曲面喷涂轨迹。结果表明:该方法简单、实用,能够保证曲面喷涂轨迹的精确性、可行性。

高速列车外形曲面参数化设计的方法

简要介绍了曲面造型的方法，并在研究国内外高速列车气动外形风洞试验模型的基础上，提炼出高速列车气动外形曲面的控制参数，并分析了根据这些参数进行参数化设计高速列车气动外形曲面的方法。

基于全叶片曲面参数化方法的涡轮气动优化

为进一步挖掘涡轮性能潜力,实现气动优化参数化降维,减少优化耗时,基于全叶片贝塞尔曲面参数化方法、多岛遗传算法和CFD求解器构建了涡轮三维优化平台。通过建立涡轮叶片吸压力面展开曲面和贝塞尔曲面的参数化映射,全叶片贝塞尔曲面参数化方法实现了叶片吸力面和压力面的同时变形控制,减少了优化控制变量,具有型面光顺性和构造便捷性。对TTM跨音涡轮开展全局气动优化设计研究,结果表明:优化历时约70 h,涡轮设计点绝热效率提升0.48个百分点,流量增加0.97%,膨胀比下降0.32%,验证了曲面参数化优化方法对涡轮气动优化问题的有效性、工程实用性和降维特性。

基于贝塞尔曲面参数化方法的1.5级高负荷轴流压气机气动优化

基于贝塞尔曲面参数化控制理论发展了一套高效的轴流压气机全局优化设计方法,通过在优化循环中改变转、静子叶片吸力面几何形状来得到优化解,具有优化变量少、物理直观性强及曲面光滑等优点。以某1.5级高负荷轴流压气机为研究对象,在Isight平台上集成了贝塞尔曲面参数化程序、CFD求解器及多岛遗传算法来对其进行气动性能优化。结果表明:在总压比变化不超过±0.5%、流量不降低的约束条件下,优化后压气机设计点流量增大0.938%,等熵效率提高0.486%,综合裕度拓宽1.361%,验证了全局优化方法的有效性。

基于物理模型的参数化曲面展开

提出一种基于物理模型的参数化曲面展开方法 .对被展曲面进行三角化并将其映射到一个初始二维片上 ,初始平面映射与已三角化的被展曲面具有相同的拓扑结构 ;利用已建立起的一个基于物理可变形模型来将三维曲面展开为二维片 ,在展开的过程中 ,曲面展开的局部精度很容易控制 ;然后 ,采用插值函数及彩色能量分布图来表示弹性变形能量分布 ,从分布图中可找出曲面展开的剪开线 ,从而能有效解决 CAD/

髋臼软骨参数化曲面模型

为了提高髋关节模拟研究精度,提出一种基于逆向工程技术建立和验证髋臼软骨参数化曲面模型的新方法.首先通过激光扫描获得髋臼软骨表面完整的几何信息———点云数据;然后通过髋臼三维坐标系的建立与坐标变换,实现髋臼点云坐标的归一化;最后运用优化拟和方法建立了一种新型的髋臼软骨参数化曲面模型,并将这种新模型与传统球面模型进行了解剖匹配度(即模型与真实髋臼软骨面之间平均偏离距离)的统计分析.结果表明,新模型的解剖匹配度显著高于传统的球面模型(P<0.001),尤其在髋臼软骨的臼顶区域新模型较球面模型更具精确的解剖匹配.

基于平方距离函数的曲面分片参数化重构

提出了基于平方距离函数的曲面分片参数化重构方法,实现了任意拓扑结构模型表面的参数化重构.在四边形网格模型基础上,得到各表面片及其边界线初始参数化模型,以平方距离函数作为误差的度量,采用逐步迭代的方法,使初始参数化模型逼近目标表面.首先,重构出表面片的边界线网格,然后再进行表面片的重构,使重构过程中各参数化表面片始终保持位置连续,因此有效地避免了三维数据点云的参数化问题.其中,影响重构质量的关键因素———四边形网格划分问题,可以通过惩罚项的引入得到改进.实验表明,该方法对复杂模型表面可以得到满意的参数化曲面重构结果.

基于拉格朗日插值的参数曲面隐式化

首先给出了Dixon矩阵的算法,并以此为基础,利用Dixon矩阵以及拉格朗日插值的基本理论,给出了参数曲面隐式化的一种方法。该方法有效克服了用经典结式方法求参数曲面隐式方程的中间膨胀问题。既减少了计算量,又节省了时间和空间,提高了参数曲面隐式化的速度。最后,通过实例,证明了本文算法的准确性和有效性。

基于粒子群优化算法的三维点云NURBS曲面重构研究

针对Delaunay三角化等传统方法在逆向工程曲面重构过程中存在着精准度不足、处理高维非线性问题时效率低等问题,提出一种基于粒子群优化算法的三维点云NURBS曲面重构方法。通过曲面参数化和曲面拟合两个关键步骤,使用粒子群优化算法确定出控制点、节点矢量和权因子等NURBS曲面参数,实现了NURBS曲面重构。最后使用包含了开放、半封闭、封闭、实际扫描、多分支和自我交叉等5种不同类型具有代表性的曲面模型对算法进行验证。实验结果表明,该方法具有良好的鲁棒性、准确性和灵活性。

基于法矢调整的浮雕曲面粘贴算法

浮雕是一类将细节附着在平面或曲面背景上的复杂曲面,设计时其背景大多为平面,应用时根据需要将其粘贴在不同的三维产品表面上,这就是浮雕曲面的粘贴问题。将浮雕和目标物体均用三角网格模型表示,提取粘贴的区域作为目标曲面并将其参数化到一个平面上,建立浮雕附着的平面与目标曲面之间的关系,然后设计一种法矢调整算法使得浮雕在目标曲面上变形较小,最后将浮雕和目标曲面合成为一个完整的三角网格。所提算法不仅适合形状变化平缓、曲率小的目标曲面,对于曲率大的目标曲面也有较好的粘贴效果。

一种船体型线整体优化设计方法研究

依托数值优化集成系统,采用曲面参数化基础上的自由变形(FFD)技术,探讨了一种船体曲面整体优化方法。通过适当设定控制点及其变化方式,简易而直截了当地实现了横剖面的刚性纵向移动。以浮心纵向位置构建约束条件,以较少的设计变量,取得较明显的阻力性能收益。对这一方法,进行了概念性的演示和考察,显示其切实可行而且有效。

基于LSCM与多项式拟合的机翼气动载荷施加方法

目的 将由机翼计算的离散气动载荷高精度等效作用于结构有限元节点上。方法 先通过最小二乘保角映射(Least Square Conformal Maps,LSCM)将机翼翼面的气动模型网格和有限元模型网格映射到同一个二维参数平面上,在此平面上用二维切比雪夫多项式拟合气动载荷的分布,然后代入结构有限元映射节点坐标,即可实现结构有限元离散载荷的施加。结果 采用本文方法,即可实现控制合力、压心坐标误差条件下的气动载荷在结构有限元网格上的整体离散施加。结论 采用LSCM方法可以实现大曲率壳向二维平面的保角映射。基于切比雪夫多项式建模与参数识别可以高精度拟合复杂的翼面气动载荷,二者的结合运用使得结构有限元载荷的施加可以兼具效率与精度。

具有正交等参线的Bézier曲面

Bézier曲面的表示形式在很大程度上决定了渲染和离散的结果质量.为了改进曲面等参线的正交性,给出了双线性Bézier曲面和双二次Bézier曲面满足曲面等参线正交性的约束条件,以及相应曲面的构造方法.首先提出了具备正交等参线的双线性曲面只能是矩形;对于双二次Bézier曲面,通过将正交约束多项式的系数设置为0,整理推导出控制顶点需要满足的约束条件,再对每一组约束条件给出满足此约束条件的曲面构造性方法,得到在渲染和离散中的应用结果.纹理映射的实验结果表明,该方法是有效的.

一种新颖的离心叶轮多工况气动优化设计方法

为了改善离心叶轮多工况的气动性能,提出了一种基于切比雪夫算子排序的改进NSGA-Ⅱ算法,结合新颖的基于计算机图形学的双Bezier曲面参数化设计方法,并利用全三维流体动力学数值计算得到最优性能的叶轮。以某一燃料电池中的离心叶轮为研究对象,对额定工况和常用工况的等熵效率进行全局多目标寻优。优化结果表明,额定工况点等熵效率提高1.13%,质量流量提高5.47%,总压比提高1.4%。常用工况点等熵效率提高1.07%,质量流量提高8.3%,总压比提高0.35%,优化效果较为明显。

曲面模型重构方法比较及误差分析

三维CAD模型重建是逆向工程中的关键环节,在逆向设计中起到至关重要的作用。在运用Geomagic Studio软件进行点云处理、错误修复和曲面生成的基础上,重点讨论了曲面阶段的精确曲面重构和参数化曲面重构两种不同的曲面重构方法,并对同一种模型进行重构和误差分析。精确曲面重构方法可保证模型数据的完整性与精确性,从而生成高质量的模型;参数化曲面重构方法通过参数转换功能将初始曲面导入Solid Works软件中进行编辑,最后得到参数化模型。实际应用中可结合这两种方法各自特点及优势,高效优质地构建CAD曲面模型。

长边条翼身融合过渡曲面的构造方法

针对飞航导弹长边条翼身融合过渡曲面的构造展开研究,为满足融合过渡曲面过渡线能够由设计人员确定和长边条面必须是等截面的直纹面等要求,综合应用基于局部重新参数化构造过渡曲面和基于物理的能量曲面造型构造过渡曲面方法,并结合导弹弹身曲面是等截面直纹面的特点,通过构造翼身融合面、长边条面和头锥面3张曲面拼接来构造G1连续的长边条翼身融合过渡曲面。提出了预先构造中间辅助面和辅助基曲面的方法,通过辅助基曲面和弹翼面上重新参数化局部基曲面间线性组合来构造翼身融合面。通过使中间辅助过渡面的边界切矢与弹身的纵向切矢一致,来保证长边条面与翼身融合面间的G1连续性。最后利用基于物理的能量曲面造型方法构造与弹身和长边条面G1连续的头锥过渡面。