基于三维曲面Spline模型研究中国不同地区的磁场分布

利用地面台站以及子午工程测点,CHAMP卫星实测数据,建立了中国地区主磁场的三维曲面Spline(3DSS)模型。基于该模型进行了我国的高原地区(青藏高原28°N-38°N,78°E-102°E)、平原地区(长江中下游平原27°N-34°N,111°E-122°E)以及海洋地区(东海和南海部分区域16°N-30°N,123°E-136°E)的磁场模拟。分别基于高原及平原的实测数据建立了各自的3DSS模型。另外分别建立了对应的二维Taylor(2DTY)、三维Taylor多项式(3DTY)模型以比较验证。建模时考虑了所有测点的场源移除、地面及卫星数据间的数据真空、边界效应等问题。为了考察模型相对于实测值的模拟精度,对三个地区分别选取若干个测点不参与建模,将所建模型分别模拟这些测点,并计算残差、变化率及均方根偏差(RMSE)。结果显示无论是全国3DSS模型还是小区域3DSS模型,其变化率除了Y分量略大,其余分量都在1%以内,模拟精度均要好于2DTY和3DTY模型。小区域(高原及平原)3DSS模型能较好反映区域磁场分布。模型对高原的拟合最好,平原次之,海洋地区最差,说明3DSS模型不需要太多的测点即可完成建模,但建模精度依赖于测点的数量及分布。

地磁场三维曲面Spline模型

利用149个地面实测数据以及12个子午工程测点数据,50个CHAMP卫星高度实测数据,并结合高空180km处的50个IGRF12数据点,基于这三个高度的数据首次建立了中国地区地磁场三维曲面Spline(3DSpline)模型.在境外添加了39个测点以控制边界效应.通过CM4模型将所有测点的场源进行分离,统一通过主磁场值建模分析.通过将模拟结果与实测值、曲面Spline(2DSpline)以及Taylor(2D Taylor)、三维Taylor(3D Taylor)模型及IGRF12模型相比较,结果显示3DSpline模型的空间分布与其他模型整体趋势一致,但更为曲折,随着高度上升,3DSpline模型的要素Y的强度逐渐减弱.通过比较3DSpline、2D和3DTaylor模型对于不同高度6个缺测点的模拟值,残差和均方根偏差(RMSE),3DSpline模型的模拟效果最好,要素Y、Z和总强度F的RMSE值要比其他模型低50%以上.3DSpline模型在不同高度处的模拟效果主要取决于该高度附近的实测值数量和精度.

基于NURBS曲面的小麦叶片三维重建

针对小麦叶片三维可视化不易实现的问题,通过NURBS曲面算法对小麦叶片进行三维重建。实测小麦叶片长度、叶片宽度、茎叶夹角、叶鞘长度、叶鞘直径等具体数据,通过主脉控制点算法计算叶片和叶鞘的主脉控制点信息,根据叶片宽度、叶鞘直径等信息计算出全部控制点信息,在visual studio中使用OpenGL构建小麦叶片三维模型。本研究算法得出的小麦叶片模型与真实小麦叶片有较高的相似度,较好地体现了叶片的弯曲度,真实地反映了作物叶片的形态信息。基于NURBS曲面的三维重建控制灵活、使用方便、计算简单,在作物的三维建模方面有较好的应用和参考价值。

防弹头盔用三维机织预制体的曲面成型性研究

三维机织预制体(Three Dimensional Woven Preforms,3DWP)因其较好的成型性和显著的层间承载能力,有望实现头盔曲面一体化成型,减少裁片与原材料浪费。因防弹头盔多曲面、高曲率的结构特点,研究3DWP在曲面成型时的变形机制对于指导头盔的一体化成型至关重要。一种衬经层层角连锁3DWP在高曲率、大变形时的曲面成型性被系统地研究,从面内与层间维度、宏细观尺度全面地阐述了3DWP的变形机理和褶皱缺陷的形成机制。实验结果表明:3DWP在成型过程中同纬度下沿45°方向的面内剪切变形最明显,凹面的最大面内剪切角为38°,大于凸面的35°;3DWP经纱列和纬纱列的最大层间剪切角分别为34.83°和27.76°;成型后3DWP已达到其面内剪切锁紧角62°,细观上诱发了纱线的屈曲,宏观上形成了脊形的褶皱;在褶皱区域,面内剪切角最大值仅为4.8°,层间剪切角最大值为18°。对实际应用中防弹头盔增强织物结构选择以及成型工艺具有指导意义。

多维曲面成形运动规划中三维模型数据处理研究

多维曲面成形过程中三维模型读取和空间目标点的求解效率对提高成形速度具有重要影响作用。随着STL模型复杂度提升,三角面片数量相应增加,计算复杂度大幅增长,求解效率降低,运动规划和图案映射过程计算难度也随之增加。针对上述问题基于深度学习方法提出一种三维模型数据处理及运动规划方法,并与传统的计算规划方法进行对比。实验结果表明,所提方法能有效提升曲面打印中模型数据点定位速度2倍以上,定位速度随求解点数据量增加而提升,且对模型顶点数增加具有鲁棒性,大大提升运动规划速度,为多维曲面成形运动规划求解提供新思路,适用于大规模数据计算且可被用于直接交互现实的生产制造任务。

工程测量和三维扫描技术在不规则双曲面幕墙改造提升工程中的应用

针对不规则双曲面工程的幕墙提升改造,采用幕墙常规的工程测量技术已经不适用于此类项目。结合工程应用案例,采用三维扫描、逆向建模、异形项目的空间定位测量等新的工程测量技术,实现了对双曲面工程的改造提升工程,为其他类似工程提供了宝贵的施工经验。

实景三维曲面形态建筑风场可视化分析

结合参数化建模、数字建造、计算机流体动力学模拟和风洞实验建立实景三维建筑风场可视化分析方法,通过实验验证分析,对比研究不同曲面形态建筑的风场。研究显示,所建立的方法可对建筑风场的相关特性进行高效地可视化和量化分析;曲面形态建筑周围的通风效果较优,相对长方体形态建筑风速较高;曲面形态建筑的凸面朝向迎风面时,建筑对气流的阻碍作用小于凹面处于迎风面时的情形,将凸面朝向迎风面有助于促进建筑周围环境的通风。该研究方法提供高效准确的建筑物风场分析路径,可作为实景三维平台在建筑设计与工程应用的分析手段,为城市的可持续策略、微气候研究和精细化治理提供有价值的信息。

基于三维曲面积分的矿压实测数据分析模型及应用

针对影响综采面正常推进的异常矿压显现进行预测与防控是减少工作面顶板事故隐患的有效措施,合理有效的矿压实测数据分析方法是关键技术之一。基于三维曲面积分理论,引入Kriging插值算法,提出一种“寻找大显现、关注异常点”的矿压数据分析模型。以顶板压力与底板比压组建三维曲顶柱体,以液压支架与累计进尺组建二维坐标面,从而建立基于三维曲面积分的矿压实测数据分析模型,并以压力曲面向割平面投影算法实现对矿压实测数据的解析与预测分析。开展神东矿区补连塔煤矿12514工作面的矿压监测数据分析,获得了矿压显现明显区域、矿压三维曲面投影模型以及实时矿压云图,提取显著来压区域8次,指向62号支架~98号支架区域6次,其中,显著来压区域持续平均距离11.9m,表明基于三维曲面积分分析模型可选取顶板运动比较剧烈的区域,相对于传统统计分析方法具有更强的针对性,验证了所提出分析模型的合理可靠性。

三维软件技术在自由曲面建筑设计中的应用——以益阳市科技馆为例

本文介绍了三维软件技术在自由曲面建筑设计中的应用,对建立形体控制体系,以及拱形钢架、双层表皮、金属幕墙、清水混凝土、玻璃幕墙等方面的深化设计难点及解决方案进行了详细的论述,希望对类似复杂建筑的设计提供一定参考。

大功率重载机车司机室三维曲面蒙皮成形工艺创新研究

目前,新型大功率重载电力机车司机室开始采用三维曲面蒙皮,三维曲面蒙皮制作工艺十分复杂,靠传统的方法制作,难以达到技术要求的精度。分析了由不同朝向、多曲率组合而成的材质为3 mm/Q235B蒙皮的特点和制造难点,结合加工单一方向弯曲蒙皮的经验,利用现有设备和优化工艺,通过反复验证后成功加工出合格的产品。

一种三维曲面二维平面化技术

随着计算机技术的不断发展,异形形体的建筑成为建筑设计师美学灵感在现实世界的直观体现。三维曲面作为异形建筑形体不可或缺的一部分,然而按照曲面曲率生产的非标构件在安装定位时往往存在定位困难和安装尺寸偏差较大等问题。针对这一问题,对一种三维曲面二维平面化方法进行了研究,使用该种方法生成的二维单元板块模型进行精确定位和尺寸计算可以指导施工建造,避免了工程材料的浪费。验证结果表明:项目案例中采用在Grasshopper中控制划分数量后通过连接3个或4个单元角点的方式生成了有缝隙和无缝隙的2类二维平面单元板块,验证了该种方法具备较好的应用可行性。同时,分析了该种方法在应用过程中存在的问题并给出了解决方法,为三维曲面二维平面化提供了一种技术思路。

三维螺旋曲面管的冲蚀率及传热性能

三维螺旋曲面管具有符合流体动力学的外形结构和优越的传热性能,能有效降低燃煤锅炉烟气对其造成严重的冲蚀破坏,为研究其基于冲蚀率的综合性能及冲蚀模型,对不同结构参数的三维螺旋曲面管的冲蚀性能和传热性能开展分析研究,并根据其综合性能因子获得合理的外形结构参数和运行参数,为三维螺旋曲面管换热器的优化设计和应用提供理论依据。

基于轮廓线层间形态插值的三维地质隐式曲面重构

地质勘查剖面图上地质体轮廓线分布稀疏,难以满足复杂地质表面的三维形态重构建模。为此,提出了一种基于最大相似度匹配轮廓线层间形态插值的三维地质隐式曲面重建方法。该方法首先采用模糊匹配算法,生成相邻剖面地质体轮廓线顶点映射集;然后通过计算匹配点相似度获取相似系数,基于最大相似度匹配原则建立最佳轮廓线顶点映射;最后基于轮廓线对应顶点计算层间梯度插值作为形态约束,采用径向基隐式曲面重建方法实现地质体三维曲面重建。通过实例的地质体轮廓线三维隐式建模结果,验证了该方法不仅可以实现形状大小各异的层间轮廓线形态插值,同时能够有效克服隐式曲面重建中由于数据稀疏而引起的曲面过度光滑或不连续的现象,可以为基于隐函数的复杂地质表面重建提供基础。

基于BIM技术的复杂曲面桥塔三维造型设计

长益复线至兴联路大通道工程(过江段)跨湘江主桥采用主跨380 m双塔斜拉桥,桥塔总体采用“湘江绣月”方案,大量采用空间曲面进行装饰。采用建筑信息模型(BIM)技术对该桥开展桥塔曲面的正向造型设计。首先,通过BIM模型构建参数化曲面空间,根据塔柱、塔冠、塔顶装饰、塔底装饰等不同部位的结构特点,针对性地采用多截面曲面、填充曲面、扫掠曲面等三维手段开展空间曲面参数化设计,在三维空间中确定塔冠、塔顶、塔底等部位空间曲面结构的设计参数;然后,由三维模型辅助二维绘图,综合采用断面输出、参数表输出等方法,完成三维曲面的二维出图表达;最后,在精细化三维模型基础上,进一步开展了可视化渲染、3D打印、有限元计算、工程量统计等一系列BIM技术应用,取得了良好效果。

基于三维激光扫描技术的弧形曲面展开应用

在施工安装领域,针对传统单点测量方式难以获得弧形曲面建筑展开面的技术难题,采用三维激光扫描技术,以实际项目为例,详细介绍了采用三维分析软件和点云数据拟合两种方法来实现预期目标的过程及步骤,根据特点分析比较了两种方法的优缺点和适用条件,为类似的项目提供参考。

一种复杂曲面的精密测量逆向与误差评定方法

目的研究叶片类零件精密测量、逆向与误差评定方法,为该类零件的精密加工提供数字化误差分布模型。方法针对接触式测头存在的空间径向偏置问题,基于四点标定法,建立空间数学模型,完成工具中心点(TCP)的标定;针对叶片点云分布散乱、无序等问题,提出基于多级B样条插值方法,进行叶片三维点云的曲面重建;最后基于迭代法,对叶片误差进行精确评定。结果对测量所得叶片点云,基于多级B样条与控制网格差异化细分的重建算法可以重建出高保真的连续曲面;误差评定算法可以完成测量结果与设计模型之间不小于0.01 mm的误差计算并得到分层分区的误差可视化云图。结论机器人接触式测量系统可以对叶片类复杂曲面完成高精度测量,采用基于B样条的三维重建算法可以快速的重建出叶片三维曲面;笔者提出的误差评定算法可以进行高精度叶片点云的误差计算,其分层分区结果对于叶片抛磨精加工阶段具有指导意义。

广州白云站三维曲面钢结构屋盖建设实践

大型铁路枢纽广州白云站站房的钢结构复杂,由网架、桁架、钢拱等形式组成,施工建设难度大,施工方案及施工工艺均存在较大的技术难度。为解决三维曲面钢结构屋盖的建设难题,文章就复杂钢结构屋盖进行了模拟分析和数值模拟,提出了“提升+吊装”技术解决措施,并提供了详细的安装方案和施工工艺。经现场建设实践,对于工况复杂的三维曲面的钢结构安装建设问题,分析研究提出的方案和工艺可靠安全,可为类似工程提供经验参考。

翘曲板材三维重构及智能化压平的建模研究

为提高板材压平质量和效率,实现智能化压平,本文采用结构光相机获取翘曲板材点云数据,进行点云分割、点云去噪和点云精简等预处理,利用最小二乘法拟合重构了翘曲板材的三维曲面.采用微分几何的曲面理论计算得到板材的翘曲曲率,提出基于三维曲面特征的翘曲板材垫铁支点和压下点的优化方法,根据三点弯曲矫平理论得到了压力下和压下位移.翘曲板材三维轮廓的重构方法和翘曲曲率计算模型确定了垫铁位置和压下位置点优化原则,为翘曲板材智能化压平提供了理论模型.理论和实验的结果显示,重构的三维曲面与实际结果吻合,基于重构三维曲面数据计算的压平力与实测结果偏差大约为2.21%,初始平直度17.2 mm·m^(-1),压平矫直后减小为3.28 mm·m^(-1),结果准确,方法可行.

双曲面幕墙改造提升工程关键技术研究

为解决异形双曲面幕墙改造过程中蜂窝铝板三维空间安装精度要求高、施工难度大等问题,采用现场三维扫描点云模型,并设计一款与主体结构连接的三维调节转接件,大大降低了双曲铝板的加工难度和安装偏差,使得双曲面铝板幕墙的定位和校核方便可控,同时逆向建模保证了外观和设计完全吻合,取得了理想的效果。

基于三维扫描技术的高精度数控加工工艺研究

为研究基于三维扫描技术的高精度数控加工工艺,对工件进行三维扫描,获取精确几何模型,结合数控加工技术,实现了工件的高精度加工。阐述了三维扫描技术与数控加工工艺原理、应用现状及关键技术,分析了三维扫描数据处理、刀具路径规划、刀具磨损补偿等环节的策略和方法,通过加工仿真和实验验证,优化了加工工艺参数,在发动机缸盖加工案例中证明了该工艺的可行性和有效性。结果表明,基于三维扫描的数控加工工艺能显著提高复杂零件的加工精度、表面质量和生产效率,具有广阔的应用前景。