散乱点曲面拟合及在车身曲面中的应用

提出了一种基于NURBS 曲面的散乱点参数曲面拟合方法,可以对散乱点云数据进行插值或基于最小二乘意义下的光顺拟合。完成了软件开发并在汽车车身外形曲面设计中得到了应用。NURBS曲面的优良品质保证了这种方法计算稳定,生成的曲面满足光顺要求。     

用非均匀细分模式构造N边域曲面

给出了用非均匀Catmu ll-C lark细分模式产生N边域曲面的两种方法。非均匀Catmu ll-C lark细分模式被推广到了开网格,如何产生带有B样条边界的N边域曲面是论述的重点。所建构的N边域曲面分为两类:不插值于网格角点的曲面和插值于网格角点的曲面。为了得到这样的曲面,需要对网格边界附近那些边所对应的参数进行相应的平均化,然后运用非均匀情形下的轮廓删除法可以产生第一类曲面,通过在边界附近的正则子网上采用新的细分规则能够产生第二类曲面。这两种构造N边域曲面的方法为NURBS曲面中N边洞的填充与NURBS曲面的混合提供了一个思路。     

反求工程技术在复杂曲面重构系统中的应用

论述了针对注塑零件复杂曲面的反求设计,提出运用CCD白光光栅非接触工业相机采集点云数据,将点云数据加载到Geometric软件中,利用NURBS曲面重构方法和插值算法,进行点云数据筛选,构造点云特征网格和曲面拟合,得到点云曲面的三维重构.实践证明,基于Geometric系统的NURBS曲面重构方法,在复杂曲面为原型实体重构的反求设计中具有理想的应用价值.     

应用NURBS技术的叶型流道构型研究

为了探索新的叶型设计方法,文章采用非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B-Spline,简称:NURBS)曲面成型技术尝试了涡轮叶型和流道构型的设计和仿真,主要设计过程为叶型NURBS曲面参数的计算、曲面型值点反算控制点的求解和NURBS曲面的构造方法,编制了通用的NURBS曲面成型函数工具箱。其中叶片吸力面与压力面的生成为分别进行拟合,在两面交界处达到了封闭,并提出可以通过对边缘点的节点细化(增加控制点列数),使两曲面片在数据上无限接近曲率一致,实现了NURBS技术在流道外形设计和仿真方面的应用。     

NURBS在风机设计中的应用

风机叶片的表面是一种复杂曲面，用传统造型方法难以取得良好效果，而NURBS(非均匀有理B样条)以其诸多优良特性正日益成为一种工业标准。首先介绍了NURBS的数学定义，然后针对风机叶片的造型设计，讨论了用NURBs方法构造曲面的插值算法。     

基于自组织网格的涡轮叶片NURBS曲面重构

涡轮叶片的制造过程中,常采用有限元方法进行铸造变形控制。本文研究了针对有限元网格离散点的NURBS曲面重构方法。方法包括4个步骤:(1)基于网格相邻点分析的边界曲线提取和初始曲面构造;(2)具有自组织特征的基于曲率的离散点抽样和压缩,并进行曲面分片;(3)采用叠代法进行NURBS曲面逼近;(4)简化的NURBS曲面拼接算法。对工程数据的处理结果分析表明,该方法的数据处理精度可以达到工程要求,并且能够较好地保留数据的几何特征。     

不同参数化法对多项式NURBS插值曲线的影响

给出了一种NURBS插值曲线的计算方法——取二次到五次多项式曲线上的11个点作为型值点,分别采用均匀、弦长、向心与修正弦长参数化法求得节点矢量,反算控制顶点,编写Matlab程序重新计算NURBS插值曲线,并经过光顺性分析和逼近误差分析,探究了不同参数化法对生成NURBS插值曲线的影响.结果表明,各参数化法对低次曲线的NURBS插值表现出良好的光顺性和逼近精度;对于高次曲线,在满足逼近精度的条件下,修正弦长法表现出最好的光顺性.     

基于遗传算法的闭合NURBS曲线光顺及在叶片造型中的应用

针对闭合NURBS曲线在型值点不均匀情况下曲线不光顺问题,提出一种基于遗传算法的闭合NURBS曲线的光顺方法,解决了在插值NURBS曲线过程中出现的反曲率导致不光顺的问题。最后以涡轮叶片的叶身截面线为例,验证了光顺方法的有效性和实用性。     

平行分度凸轮轮廓曲线的三次NURBS表示

为了获得供具有非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B-Sphne,NURBS)插值功能的CAD/CAM绘图和数控机床加工使用的设计数据,文中讨论了NURBS技术和平行分度凸轮轮廓曲线的三次NURBS表示方法,提出了用三次NURBS表示平行分度凸轮轮廓曲线后产生的设计误差的估计方法.     

立式捏合机搅拌桨曲面的NURBS表示与误差分析

依据搅拌桨水平截面轮廓线的理论坐标点,反求生成了NURBS曲线;按照搅拌桨的螺旋升角,生成了一组不同高度截面轮廓线的NURBS曲线;利用蒙皮方法,生成了搅拌桨的NURBS曲面。提出了一种新的控制顶点投影法求解点到NURBS曲面最小距离的算法,用于计算搅拌桨的NURBS曲面的重构误差。结果表明,立式捏合机搅拌桨的NURBS曲面重构精度高,研究结果可为搅拌桨曲面优化设计提供借鉴。     

A Novel Method of Efficient Machining Error Compensation Based on NURBS Surface Control Points Reconstruction

A novel method to improve the efficiency of error compensation in free-form surface machining based on the Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) surface control points reconstruction is proposed in this article. With the presented method, a relatively small number of inspection points are needed to be measured for error compensation. The machined surface is obtained by reconstructing the control points of the designed surface based on the on-machine measurement data. The machining error of the surface is obtained by calculating the difference between the machined surface and the designed one. Then a compensate surface is achieved using the mirror symmetry model and surface modification method to compensate the machining error. Experimental validation for the milling of a NURBS surface shows that the machining accuracy of the surface is improved by 62.57% through use of the proposed method.     

复杂曲面投影法精加工刀轨生成

针对复杂曲面投影法精加工问题,提出一种简捷而有效的计算投影轨迹的方法。该算法以减少计算量,提高干涉调整效率为目的。为了避免传统方法中的复杂的曲面偏置问题,提出了一种新的思路,该方法摒弃了先求偏置面再计算投影轨迹并使用对分法处理干涉问题的思路。首先规划导动轨迹,然后将刀触点轨迹沿曲面法向偏置,再利用刀位点到曲面的最短距离进行干涉检测与调整,最后生成了无干涉的投影法轨迹。仿真实验证明,该方法计算量小,可以消除干涉,加工效果好。     

光学波前参数的分析评价方法研究

针对飞切法加工的玻璃元件面形的评价,研究了小波变换在光学表面低频段和中频段误差的分析方法。采用小波分解变换方法将波前信号的多频率成分分离,选取小波基bior2.8,有效地提取出元件的面形信息,同时将所需的中频段信息与占主成分的低频信息分离,得到中频段的特征频率为0.18 mm~(-1)。该方法避免了频域滤波法所导致的幅频特性失真的问题,且可以更好地分析波前信号的细节和频率特性。     

拟均匀细分曲面方法进行曲面重构

将最小内角之和最大的原则作为非均匀Catmull Clark细分到均匀Catmull Clark细分的过渡判定原则 ,在充分利用上述 2种细分方法思想的基础上 ,提出了一种拟均匀细分方法 ,这种细分的方法比传统的单一细分方法有更好的灵活性 ,可以达到较好的曲面重构效果。     

基于自适应采样的曲面加工误差 在机测量方法

基于模具在机测量的自适应采样结果,提出一种新的获取自由曲面加工误差的方法。该方法首先基于自适应采样获取加工曲面上少量测点的坐标数据,利用NURBS曲面重构来拟合加工曲面;然后基于广义牛顿法计算重构的实际曲面和理论曲面的法向距离,获得自由曲面的加工误差,并对实验加工的模具模型曲面的轮廓度误差进行分析。实验结果表明,基于自适应采样的加工曲面重构方法能够在机测量且有效地获得自由曲面加工误差。     

Any-degrees-of-freedom (anyDOF) registration for the characterization of freeform surfaces

This paper presents an any-degrees-of-freedom (anyDOF) registration method for the characterization of freeform surfaces. The method attempts to fill the research gap regarding traditional surface registration methods which are normally dedicated to solving the global optimization problem with all DOF but they lack flexibility. The proposed anyDOF method is capable of registering surfaces with any specified combination of DOF. This is particularly useful when some of the DOF are known to be unchanged according to the a priori knowledge. The anyDOF surface registration method is regarded as a typical optimization problem of finding the minimum distance from target surface to the reference surface, with constraints of the unwanted DOF. The problem is solved by the Levenberg-Marquardt method. Simulated experiments for a two-dimensional (2D) profile and a three-dimensional (3D) surface were undertaken, together with three measurement experiments including a fluid-jet polished surface, a bonnet polished surface and a diamond machined freeform surface. Experimental results show that the anyDOF registration method is highly flexible in the characterization of freeform surfaces.     

结构体系隐式极限状态方程概率分析的改进响应面法

提出一种新的处理隐式极限状态方程概率安全分析的响应面法，在原响应面法的基础上，通过引入高阶修正项和概率等效变换，建立原隐式极限状态方程的等效显式极限状态方程，以利用已有的各种针对显式极限状态方程的可靠性分析方法，得到等效显式极限状态方程的失效概率。该方法被推广应用到所有极限状态方程均为隐式的结构体系的可靠性分析中去，依次建立每个失效模式的等效极限状态方程，并采用Monte Carlo法和重要抽样法计算具有多个极限状态方程的结构体系的失效概率。算例表明，文中方法不用差分方法计算隐式极限状态对基本随机变量的导数，适于解决隐函数的概率可靠性分析问题，由于采用了高阶项的修正，能够得到更高精度的结果。     

一种基于能量法的自由曲面展开算法

提出了一种基于能量法的自由曲面展开算法,适用于任意复杂自由曲面的展开.根据建立的曲面能量模型,采用映射法进行曲面的Delaunay三角网格划分,并计算空间网格三角形点的变形能,然后进行变形能的释放,得到自由曲面展开后的二维平面.能量法不拘于问题的形式,可以用来求解一般的问题,该算法具有一定的通用性,适用于CAD/CAM中的曲面展开问题.     

基于表面阻抗边界的变压器杂散损耗计算方法

表面阻抗法是基于电磁波理论并将导体表面阻抗作为一种边界条件进行有限元求解的方法,它具有求解规模小、计算效率高等优势。首先借助工程电磁场数值计算软件Magnet,使用有限元法和表面阻抗法对该模型进行仿真,然后基于TEAM Problem 21基准族中的P21-B模型搭建了变压器杂散损耗测试系统,用于测量在不同频率电流激励条件下的变压器杂散损耗。针对现有测量方法的不足,引入温度系数对测量结果进行修正,并采用改进线圈损耗法以得到更准确的杂散损耗测量结果。通过与实验值对比,验证了有限元法与表面阻抗法计算结果的准确性。从计算规模和时间角度分析,表面阻抗法远远小于有限元法,大大节省了计算资源。     

点云数据的二次曲面几何测量方法

基于点云的几何测量方法是非接触式测量的重要方法。针对点云数据,提出了一种基于待定系数的二次曲面的几何测量方法,建立了求解不同二次曲面（球面、柱面和圆锥面）的统一框架。根据二次曲面方程与不同类型二次曲面几何量的关系,给出了球面、柱面和圆锥面的具体几何参数的求解方法。实验证明,该方法能在短时间内精确地测量所需的几何值,方法切实可行。