基于背板的双面数控渐进成形方法

为了解决双面数控渐进成形中板材件无支撑悬空区域存在变形的问题,提出一种背板辅助的双面数控渐进成形方法。该方法以背板对板材的支撑作用,抑制板材件非成形区的非理想变形,进而提高成形质量。研究了面向复杂板材件基于背板的双面数控渐进成形策略和对于一个给定待成形板材件标准模板库模型自动生成所需背板计算机辅助设计模型的算法。该算法根据板材件类型的不同,通过提取待成形板材件标准模板库模型的特征轮廓,采用顶点偏置方法生成出背板计算机辅助设计模型,并采用数值模拟和实际成形实验对所提背板辅助双面数控渐进成形方法进行了验证和评估。有限元分析和实验结果表明,双面数控渐进成形中背板的使用能够有效提高成形件的成形质量,具有可行性和可应用性。     

金属板材数控渐进成形支撑CAD模型自动生成

为满足金属板材数控渐进成形中支撑制作的需要,提出一种从板材件的计算机辅助设计模型自动生成支撑计算机辅助设计模型的方法。采用STL数据模型,根据板材件曲面曲率的变化和成形过程中板材的减薄规律,计算出成形过程中板材厚度的变化量,通过对STL模型进行不等距偏置,生成了能够自适应板材厚度变化、并能保证挤压工具头与支撑之间合理间距的支撑计算机辅助设计模型。最后,给出了支撑计算机辅助设计模型生成实例。     

面向金属板材数控渐进分区分阶段成形的分区算法研究

金属板材数控渐进分区分阶段成形中的一个重要环节是需要对待成形模型、成形轨迹和支撑进行分区处理。为金属板材数控渐进分区分阶段成形工艺,综合考虑挤压工具长度、可用支撑坯料厚度、板材件的深度以及挤压工具与工件之间的干涉等因素,提出了将不等距分层和中间面逼近法相结合的挤压工具与工件之间干涉检查算法和分区位置确定算法,给出了根据分区位置将待成形件模型、成形轨迹和支撑进行相应分区处理的算法,并通过算法应用实例和分区分阶段成形仿真验证了上述算法的可行性。     

三轴与五轴数控渐进复合成形轨迹规划

综合考虑挤压工具对待成形件曲面的可接近性和数控渐进成形效率,提出了三轴与五轴数控渐进复合成形策略及其成形轨迹规划方法。通过识别待成形件STL模型的三角面片各边的凸凹性,以三轴数控渐进成形挤压工具对模型各曲面的可接近性,将模型曲面划分出三轴数控渐进成形与五轴数控渐进成形加工的区域,进而对成形轨迹进行分区规划并在相应的曲面分区内分别生成出三轴数控渐进成形和五轴数控渐进成形加工轨迹。算法应用实例表明,该方法能够实现三轴与五轴数控渐进复合成形所需曲面分区及其成形轨迹规划与生成。     

基于网格模型的空腔建模算法

提出了一个基于网格模型的空腔建模算法,目的是实现骨髓腔的精确建模.算法基于先离散后重建的思想,从三维网格模型的离散点云数据中搜索空腔边界环,根据空腔边界环进行三角划分得到最终的三维空腔模型.改进了判断内、外边界环的关系的射线法,并提出基于分层的三维点集空间直接三角划分算法,最后以股骨骨髓腔和牙髓腔的建模为例,验证了该算法的有效性和稳定性.     

基于网格模型的空腔建模算法

提出了一个基于网格模型的空腔建模算法,目的是实现骨髓腔的精确建模。算法基于先离散后重建的思想,从三维网格模型的离散点云数据中搜索空腔边界环,根据空腔边界环进行三角划分得到最终的三维空腔模型。改进了判断内、外边界环的关系的射线法,并提出基于分层的三维点集空间直接三角划分算法,最后以股骨骨髓腔和牙髓腔的建模为例,验证了该算法的有效性和稳定性。     

覆盖件冲压仿真参数化建模方法

针对在覆盖件冲压成形领域对快速、自动化的有限元网格建模方法的迫切需求,提出一种快速的汽车覆盖件冲压仿真建模的思路与方法.将覆盖件冲压工艺设计与冲压成形仿真前处理集成,使用散乱三角面片模型,在自主开发的CAE前处理软件中,进行参数化的工艺补充面和压料面设计.模型的网格剖分与冲压工艺设计同时进行,自动生成整套模具的网格模型供冲压仿真计算.为了真实地模拟板料网格的流动,提出了参数化的真实拉深筋的模型建模方法和板料网格的预细分方法.完成了相关软件的开发.多个汽车覆盖件冲压工艺设计和冲压仿真计算实例说明了该方法的有效性.     

基于STL模型的双面数控渐进成形干涉检查与修正

针对双面数控渐进成形中工具头与板材之间容易发生干涉的问题, 提出了基于STL模型的工具头与板材干涉检查与修正方法。对于主工具头，采用等距面生成无干涉的成形轨迹，以避免干涉；对于副工具头，将干涉类型分为工具头与板材非成形特征区的干涉和工具头与板材成形特征区的干涉两种类型，并通过判断副工具头刀位点与支撑面的位置关系来确定是否发生干涉。算法应用实例和成形实验结果表明，所提出的算法能够避免干涉，进而生成无干涉的工具头运动轨迹。     

基于背景网格技术的冲压成形仿真工具自动装配算法

通过对汽车覆盖件冲压成形仿真工具预装配方法的研究,指出建立正确的工具与板料位置自动装配算法需满足三个前提条件:一致的工具(凸模、凹模、压边圈等)法线方向、明确的工具属性和正确的工具整体初始法线方向,并提出一种基于背景网格投影的自动装配算法,即将板料和工具节点沿整体法线方向投影并分配到背景网格,通过工具、板料与背景网格的对应关系,计算出工具节点与板料单元的最小值,从而确定工具需要移动的位置,最终自动完成工具与板料位置关系的正确装配。本算法实现了冲压方向和冲压类型的完全解耦,提高了装配算法的效率和程序的适应能力,简化了用户操作步骤。通过大量复杂汽车覆盖件的实践检验,表明提出的基于背景网格的自动装配算法是行之有效的。     

数控渐进成形与激光切割集成的板材件加工轨迹生成

为实现切口板材件的五轴数控渐进成形与五轴激光切割的集成制造,提出一种基于Parasolid建模核心的五轴数控渐进成形与五轴激光切割集成的切口板材件加工轨迹生成算法及实现方法。给出了切口特征识别与提取、切口特征填补与曲面重建等算法;在研究曲线离散、曲面偏置等算法的基础上,考虑五轴数控渐进成形与五轴激光切割工艺的特点,给出了数控渐进成形刀位点、激光束半径补偿、挤压工具姿态和激光束姿态计算的方法;同时利用Parasolid建模核心和OpenGL完成了上述算法的系统实现。算法应用实例表明,依据该算法所开发的软件系统能够很好地实现上述功能,运行稳定可靠。     

六面体网格自动划分和再划分算法

提出了一种新的六面体网格自动划分和再划分算法“表层网格法”。首先根据所需划分模型进行模型的识别, 采用栅格法生成核心网格。然后进行核心网格与模型边界拟合,为克服由于边界拟合造成的表面网格质量下降, 采用包络表面网格的方法生成零厚度表层网格。通过表面网格和内部网格节点平滑处理技术,最终将模型划分为具有较高质量的完全六面体网格。最后通过网格划分和再划分实例表明:该算法具有原理简单、算法可靠、编程方便且划分网格质量高等特点,是分析材料塑性成形等问题比较理想的六面体网格划分算法。     

覆盖件拉延模工艺补充及压料面的参数化设计新方法

针对基于有限元法的板料成形数值模拟技术已广泛应用于汽车覆盖件制造行业的状况,对快速、自动化的有限元网格建模方法提出迫切要求的现状提出一种新的汽车覆盖件模具冲压工艺设计思路与方法,使用离散三角面片模型,在CAE的前处理软件中进行参数化的工艺补充面和压料面设计,方便进行修改。在完成工艺设计的同时,可自动生成整套模具的网格模型,供有限元仿真分析使用。提供参数化的真实拉深筋的模型建模手段,能够精确模拟拉深筋的形状和拉延过程中拉深筋的力学行为。完成了相关软件STLMesher的开发,大量的算例证明该方法具有较高的精度和较强的工程实用性。     

复合快速成形中基于STL模型的分层研究

研究了面向分层实体制造与数控铣削复合成形的基于STL模型的三维层生成算法。利用凹边在上下两个方向上的可见性确定分层位置,通过切割平面与各三角面片求交实现STL模型的分割,并把分割面三角网格化生成封闭的三维层。分层的结果可满足复合快速成形工艺要求。     

金属板料单点渐进成形自适应螺旋线轨迹生成研究

等高线成形轨迹是现行板料渐进成形的主要加工方式。针对等高线成形方式易产生局部凹陷或破裂等问题,提出了一种基于STereo Lithography(STL)三角面片法向矢量的自适应螺旋线轨迹的生成算法。利用顶点偏置法偏置STL三角面片模型,对偏置后的模型采用自适应分层算法求取分层面与模型的交点,得到与XY平面平行的系列轮廓线,并将各层轮廓线离散成等数点,再对相邻轮廓上点的插值得到自适应螺旋线轨迹。算法实例表明,螺旋线成形轨迹能缩短成形时间,可避免等高线成形中刀位点集中造成的质量缺陷等问题。此外,双成角成形件不同区域表面粗糙度的一致性,说明自适应螺旋线轨迹在变成形角成形件上能避免等高线成形件表面粗糙度的多样性,在统一变成形角成形件表面粗糙上具有广阔的运用前景。     

基于三角形细分的三角网格模型表面体素化算法

针对现有三角网格模型表面体素化算法效率低的问题,提出一种基于三角形细分的三角网格模型表面体素化算法。该算法采用三角形细分方式获取大量顶点信息,采用面积阈值控制顶点的生成数量,并采用点的向量平移方式减少求解顶点坐标的计算量。通过建立顶点信息与三角形相交体素单元的一一对应关系实现三角网格模型的表面体素化。通过与现有2种算法在不同分辨率下的多种模型实验对比,表明该算法所需的采样点数量少于现有算法,在模型表面体素化效率方面优于现有算法。此外,所提算法也适用于亏格不为0和存在封闭内腔的三角网格模型。     

方盒形件拉深成形无网格法模拟

针对板材冲压成形有限元模拟存在的不足,采用一种新的数值方法——无网格法对方盒形件拉深成形进行数值模拟研究。建立基于无网格法的板材冲压成形力学控制方程。采用材料形函数避免影响域和形函数的频繁更新。通过改造无网格形函数获得动可容形函数,该形函数具有插值性,通过对全域内的节点形函数进行重新构造,可精确施加复杂问题的本征边界条件。利用模具上分布的节点建立矩阵,利用矩阵的特性可实现接触搜索。在此基础上,为提高接触搜索效率,提出建立稀疏"矩阵"数据结构加快接触搜索。编写板材冲压成形无网格模拟程序,实现方盒形件拉深成形无网格法模拟。通过盒形件冲压成形无网格数值模拟考察压边力对盒形件冲压成形过程的影响,获得厚度分布和应力应变分布,通过数值模拟结果与试验结果的比较,表明采用无网格法模拟板材冲压成形是有效的。     

基于成形的车门刚度精细仿真研究

为了提高车门刚度的CAE仿真精度,提出了将板材成形结果(厚度、应力、应变)作为初始数据引入车门刚度分析的精细仿真方法。通过网格模型转换规则将板材成形软件KMAS/one-step生成的车门内外板的成形结果文件(*.nas)转换为结构分析软件ABAQUS能够识别的文件(*.inp),以实现成形结果的加载。仿真结果表明,精细仿真能够提高车门刚度的仿真精度。     

散乱点云的三角网格曲面重建算法

在采用计算机视觉法获取物体三维重建数据的过程中,为了得到较完整的模型信息,所测得的曲面点通常带有大量冗余,而这些冗余数据的存在大大增加了曲面重建的难度.在此背景下,我们针对散乱无序、无任何几何拓扑信息的密集数据,提出了一种空间三角网格直接剖分算法.该算法能够节省存储空间,提高曲面重建效率,保证输出的曲面网格优质.算法首先对原始数据进行预处理,然后采用空间栅格法及Delaunay空球等准则,扩展动态三角网,最后统一法向量输出完整的三角网格模型.通过实例证明,算法重建速度快,曲面网格质量高.     

基于拓扑关系的交线快速生成方法

三角网格是逆向工程中常用的数据模型。由于模型拓扑关系的复杂性，目前在网格模型的交线生成过程中数据点排序与分离存在诸多缺陷。提出了一种利用网格模型拓扑关系的交线生成与分离算法，该算法充分利用了网格模型的拓扑关系，对各种拓扑类型的数据点完成排序、分离，实现任意复杂拓扑关系的交线生成，为逆向工程中曲线框架的构造提供了依据。     

面向三维打印的几何模型内部空间优化算法

为保证三维打印产品质量并降低材料消耗,提出一种三维打印模型内部空间优化算法。该算法在封闭的三角网格模型内部生成偏置网格,并在确定的约束条件下将偏置网格简化为三角面片大小较为均等的简化网格;以简化网格模型的内部为限定空间,构建相应的密度场和能量函数,进而利用基于质心Voronoi结构的优化方法生成类三角锥网架结构;合并原始网格、简化前的偏置网格以及网架结构生成适用于三维打印的合成模型。实验结果表明,由所提算法生成的合成模型的内部空间在体积、质量和易打印性方面有比较优势。