基于GPGPU的实体表面实时提取

为实时提取三维实体表面,提出一种基于GPGPU并行计算的实体表面实时提取方法。在分析深度剥离算法原理和GPU图形绘制管线的基础上,给出在GPU上利用深度剥离算法实现实时提取三维实体表面的算法;通过OpenGL的高级着色语言GLSL控制GPU的图形绘制管线实现了该算法,给出其伪代码。以龙、叶轮和刀具扫描体的模型为应用实例验证了该算法效果良好,特别是对于刀具扫描体表面的提取,可满足实时性要求。     

球头铣刀多轴铣削加工的切削刃微元点轨迹模型

切削刃微元点轨迹是描述瞬时未变形切削厚度的基础,瞬时未变形切削厚度是铣削力预测的关键.为此,针对球头铣刀多轴铣削加工过程,建立利用位置矢量来准确描述切削刃微元点的轨迹模型.首先,通过建立工件和刀具瞬时坐标系的空间变换模型来描述刀具的位置和位姿;然后,在此基础上结合球头铣刀切削刃的几何特点建立切削刃微元点的空间位置矢量,并进一步推导描述切削刃微元点轨迹的矢量形式;最后,利用C++编程语言和OpenGL图形接口实现切削刃微元点轨迹仿真,并通过对比分析仿真结果与跟踪球头铣刀1∶1三维模型上标记点的位置数据,验证了切削刃微元点轨迹模型的正确性.     

在GPU上实现基于高斯映射的通用刀具扫描体建模

以针对数控加工仿真的需要,以高斯映射理论为基础、GPU为主要硬件平台,提出一种基于并行计算的快速通用刀具空间扫描体建模方法.首先结合通用刀具的数学模型,利用高斯映射理论分析刀具平动时的扫描体建模原理;然后分析刀具做任意空间运动时的刀具表面点法向量和对应的接触映射,推导求解扫描体包络边界的表达式;再根据GPU上的通用计算方法和GPU图形绘制管线设计基于GPU实现刀具空间扫描体建模的算法流程,并利用C++、Open GL和Open GL着色语言GLSL实现了该方法.通过刀具扫描体建模实例,验证了文中方法的正确性与实时性.     

轮缘密封气流影响下的涡轮静叶通道流动特性研究

为探讨轮缘密封气流对高压涡轮静叶通道内流动特性的影响,采用SST湍流模型求解三维非定常雷诺方程,分析无封严腔、无封严气流以及4种封严流量下涡轮静叶通道内压力波动和气流变化。研究结果表明：封严腔出口受上游静叶压力场影响较大,燃气入侵发生在静叶尾缘附近压力面和吸力面两侧气流交汇形成的高压区;封严出流发生在静叶通道中间位置受吸力面侧扩压区影响的低压区;封严出流与主流掺混形成的新涡量结构卷吸了部分附面层流体,削弱了二次流结构的强度,同时对主流通道形成堵塞效应,推动了轮毂二次流向吸力面靠近同时径向位置的抬升;盘泵效应导致的封严出流与主流的掺混增强了非定常效应,封严流量的增大能够抑制通道内非定常效应。     

径向不对中微织构气体箔片轴承静态特性分析

为进一步探究表面形貌对气体箔片轴承的影响,采用数值分析方法分析不对中情况下表面粗糙度和表面微织构对径向气体箔片轴承静特性的影响。利用超松弛迭代(SOR)和有限差分法对气体箔片轴承的Reynolds控制方程进行求解,通过模拟仿真分析不同微织构形状、深度、数量、占比以及表面粗糙度下轴承的静特性。研究结果表明：不同形状微织构对气体箔片轴承性能影响不同,椭圆形微织构提高轴承静特性的效果较好;微织构深度、数量和占比存在一组相对最优值,可在提升轴承承载力的同时降低摩擦力矩;与无微织构轴承相比,具有特定参数微织构的径向气体箔片轴承承载力提高了36.32%,摩擦力矩降低了1.66%。     

智能制造系统的6R工业机器人仿真和监控平台

为了提高工业机器人的交互性,进行了构建具有三维可视化环境的人机交互系统研究。本文以6R机器人为对象建立了机器人运动学模型,利用矢量积方法推导了雅克比矩阵,为仿真和监控数据的可视化奠定了基础。给出了可视化环境的实现方案,设计了编译控制指令和仿真的算法流程,并以JOpen Show Var作为网络通信开发包设计了监控的通信结构。开发实现了机器人的仿真和监控系统,并进行了实验验证。实验结果表明该系统具有形象直观的人机交互环境,而且具有良好的监控实时性。     

磨头磨削镍基高温合金仿真

镍基高温合金磨削过程中磨削力是影响表面质量的重要参量。为构建磨削力有限元仿真预测模型,基于电镀磨头实际表面形貌,通过调用分布函数的方法,建立磨粒高度随机且整体服从二维高斯分布磨头整体模型,进行磨削过程有限元仿真与磨削力试验验证。结果表明：磨头整体模型具有真实磨头的随机特性,优势在于充分考虑多磨粒相互作用的磨削特性;磨削仿真过程中可观察到划擦、耕犁、切屑成形3个典型阶段,高度还原实际磨削过程;磨削力试验与仿真的单位宽度切向与法向磨削力在不同参数下变化趋势相同,平均误差分别为8.2%和8.6%。仿真模型对镍基高温合金磨削力有很好的预测效果。     

1.5级涡轮动叶的非轴对称端壁造型数值研究

为探究端壁造型对涡轮动叶气动性能及流场特性的影响,分析非轴对称端壁造型对涡轮转子叶片的压差作用,开展基于非轴对称端壁造型的理论研究,提出一种涡轮动叶轮毂上凸、下凹的造型方案,研究非轴对称端壁造型对涡轮流场二次流损失的影响。数值模拟分析表明：非轴对称端壁造型对减小横向压差具有重要作用,在动叶轮毂鞍点处进行非轴对称端壁造型,比在通道内造型效果更好;涡轮动叶下端壁不同区间造型可有效降低涡轮动叶通道内的二次流流动损失,使用非轴对称端壁造型方法可有效地减小动叶出口总压损失系数0.132 2%。     

工艺参数对铁基和镍基粉末涂层性能的影响

利用激光熔覆技术分别对Fe105和Ni60合金粉末进行单层单因素实验。采用OLS41003D激光显微镜测量了熔道截面形貌、尺寸及组织；利用显微硬度仪测量了Fe105和Ni60涂层的显微硬度。结果表明,功率对Fe105和Ni60合金粉末熔宽、熔深和熔高的影响呈正相关；扫描速度对熔道熔高、熔宽和熔深呈负相关；随着送粉量增加,熔高增加,熔深下降。与Ni60显微组织图相比,Fe105合金粉末的晶体排列更规则,晶粒细小；Fe105与Ni60涂层平均显微硬度都高于484.63HV,Fe105涂层显微硬度总体略高于Ni60涂层。