基于压缩索引的二阶四面体网格等值面抽取方法

基于二阶10节点四面体网格单元可视化过程中存在的等值面拓扑、三角等值面片结果的计算、存储及传输代价问题,提出了基于压缩索引的等值面抽取方法。为真实表现网格单元内部等值面片拓扑结构并克服其二义性,分析并简化了二阶10节点四面体单元等参插值函数,提出顶点、棱边、表面间的关系矩阵,分别在网格单元棱边、表面及体内计算提取可以表现等值面几何拓扑特征的等值点,设计了关键点匹配规则;结合三类插值点间的逻辑关系制定了令拓扑准确唯一的等值面片三角化及优化策略,设计了辅助三角化、图像优化及绘制过程的可分裂式三角面片压缩索引结构,提出了针对初始面片及优化后面片存储结构的分裂策略。试验结果证明,该方法可准确描述及确定二阶四面体网格单元内部等值面片的唯一拓扑结构,基于压缩索引结构的计算及优化分裂方法简捷有效,可适应不同的精度要求,大幅降低了计算与绘制传输中产生的代价。     

提高仿真效率的四叉树阵列的几何建模方法研究

为了提高三轴铣削图形仿真的效率,提出了四叉树阵列结构,研究了适用于三轴铣削实时仿真的动态建模方法。该方法集成了单元离散法和四叉树表示工件模型的优点,在整体上工件模型采用单元离散法表示,细节上采用四叉树表示,即每个单元就是一棵四叉树结构体。该建模方法对于给定的精度,根据不同区域几何特征的差异,可自动地调节四叉树表示的层次,既增强了工件模型关键细节特征的表达,又降低了数据量和计算量。通过对比分析,该方法可在保证仿真精度的前提下显著提高仿真效率。     

斗轮挖掘机取料过程的离散元仿真分析

采用离散元法对WUD 400/700型输煤斗轮挖掘机的取料过程进行数值模拟,分析了颗粒的运动形态与速度分布、不同进给速度对取料效率的影响、不同铲斗几何结构对工作载荷的影响。结果表明:离散元仿真切屑体积的变化趋势与理论切屑体积的变化过程相符,证实了仿真模型的正确性;当斗轮转速为5 r/min时,斗轮挖掘机分层分段取料作业的最优进给速度为0.35 m/s;椭圆曲面铲斗的工作载荷σP明显小于圆弧曲面铲斗的σP,铲斗前壁的σP小于后壁的σP。本研究显示离散元仿真是分析输煤斗轮挖掘机取料过程的一种有效数值手段,可为斗轮挖掘机进给速度的合理选择、铲斗几何结构的有效改进提供参考。     

装载机铲斗强度分析方法研究

传统铲斗强度分析方法仅仅通过有限元法选取铲斗极限工况进行强度计算,其计算结果明显偏大,设计偏于保守,不利于实现铲斗的轻量化设计.针对以上缺陷,借助离散元素法,建立基于物性参数的碎石和铲斗的仿真接触模型,通过动力学仿真定义铲斗运动特性,获取铲斗在散体力作用下所受动载荷,结合有限元方法对其进行强度计算,并通过应力测试试验验证了该理论方法的可靠性,同时与传统的强度计算结果进行对比.对比结果表明,采用离散元-有限元耦合分析铲斗强度更贴近于实际情况,为铲斗和其它工作装置的设计和优化提供新的参考.     

离散数据环境下复杂曲面检测点布局策略研究

根据采样策略进行采样点的选择和布局,是对复杂曲面加工质量进行检测轨迹规划的重要内容之一.针对一般曲面采样点布局算法用于离散数据环境下复杂曲面测点布局存在的局限性,通过分析离散数据环境下复杂曲面数据的特点,引入局部网格曲率特性参数,构建基于三角面片微分几何特性的网格简化方法,从而提出基于网格简化的复杂曲面离散数据检测点布局策略,并建立不同层次网格之间距离值相对于简化三角形数量的拟合曲线方程,验证曲率权值优化方法在离散数据环境下对提高复杂曲面采样点布局精度的有效性.     

一种快速计算空间点到STL模型距离的方法

针对如何快速求取空间点到STL模型表面有符号距离这一问题，提出一种基于线性八叉树的参考球方法。通过线性八又树的分割将STL模型的三角面片集划分到线性八叉树内的不同节点中，把三角面片与线性八叉树的终端节点联系起来，通过参考球进一步缩小三角面片的范围，从而较快地求取空间点到STL模型的距离。实验结果表明，此方法能够较快地求取点到STL模型表面的距离。     

基于模型表示精度的装配干涉检测方法

为了提高装配规划和仿真过程中干涉检测结果的精度,基于模型表示精度定义干涉误差,提出基于模型表示精度的三角面片二维和三维求交方法,计算相交面片之间的干涉量,修正干涉量在误差范围内的面片关系,从而消除伪干涉。给出了改进的装配干涉检测算法和流程,根据检测对象的运动轨迹分别采用投影检测方法与多次检测方法,以在保证精度的同时达到高效率。该算法适用于任何形状和类型的曲面模型,且不需要几何拓扑结构与装配约束信息,具有广泛的应用性。在AeroAssem系统中实现了该方法,分别在几何可拆卸性分析与装配仿真中进行实例验证,证明了该方法的有效性和精确性。     

数控铣削加工仿真研究

采用基于表面三角网格的离散仿真方法,解决了铣削毛坯的变形动画仿真问题;重点讨论了铣削毛坯的离散化以及铣削仿真判断、计算过程.构建了基于OpenGL和VC MFC的数控仿真几何平台,综合考虑图形真实感与实时性,分析了铣削毛坯绘制方法以及OpenGL各种优秀的图形处理策略.     

基于CGAL的点云三角面片重构

点云的三角面片重构是曲面重构的基础,通过三角面片重构可得到离散点的邻接关系,这些邻接关系为曲面拟合提供必要的信息.介绍了一个功能强大的计算几何库CGAL,并利用它完成对面模型的点云三角面片重构和体模型的点云三角面片重构.     

三角面片模型中几何特征的提取

虚拟设计中采用的是由三角面片表示的产品模型，虽然三角面片模型能很好地满足VR实时性的要求，但三角面片模型损失了模型的几何信息和拓扑信息，使得虚拟设计中的产品模型不能直接用于后续产品的详细设计。提出的由虚拟模型到CAD模型的提取算法可以很好地解决这一矛盾。该算法首先对模型进行切片，然后提取个切片中模型的边界点，根据这些边界点和三角面片的顶点重构模型的边界，再进一步形成模型的拓扑结构。在边界信息的基础上拟合模型的表面，从而构造出精确的表面模型。     

基于HyperMesh-EDEM-Patran耦合的铲运机铲斗强度分析

传统铲斗强度分析是将铲斗受力简化为集中力或均布力,这样简化将导致铲斗强度分析结果不精确。以Sandvik 1400e铲运机为例,通过Hyper Mesh对铲斗进行前处理,应用EDEM仿真铲运机工作过程,得知铲斗在工作过程中受载具有复杂多变的特点。通过离散元与有限元耦合的方法,对铲斗进行了精确加载,完成铲斗在载荷工况下的强度分析与磨损量计算,为铲斗结构优化提供理论依据。     

渐开螺旋面的数字化曲面及其计量特征

真实齿面的数字化重建是虚拟仿真与测量的重要基础,提出了基于几何线特征的渐开线齿轮齿面的数字化曲面构造方法,根据渐开线齿轮齿面的渐开线、螺旋线和接触线三条特征线之间的相交关系划分齿面网格点,分别构造出三角面片组成的渐开螺旋面和双三次NURBS渐开线螺旋面。与三角面片集拟合得到的曲面进行面型拟合特征与拟合精度、特征线拟合特征与拟合精度的比对分析、特征线拟合精度与光顺性的分析计算。分析结果表明,两种数字化曲面具有明显不一样的特征,NURBS渐开螺旋面具有良好的精度和光顺性。     

装载机铲斗参数优化设计及应用

装载机铲斗性能是确定装载机牵引性能和整体参数的重要因素,为设计出合理的铲斗斗型,实现作业过程的高效节能,需要对铲装作业过程和铲斗尺寸结构进行系统的研究.基于离散元素法,从散体力学的角度对铲装过程进行分析,并通过实验对比验证了模型的正确性.根据四参数铲斗设计原则研究不同截面几何参数的铲斗在相同条件下的插入阻力和满斗率.通过能量法对不同铲斗进行能量分析,得到满斗率尽可能高且最节能的铲斗,最优截面参数为:E0＝40°,D=1.3,E1=52°,G=0.31,为装载机节能型铲斗设计提供可靠地依据.     

ACIS平台在STL网格模型拓扑重构中的应用

STL文件描述的是一种离散的实体表面三角面片模型,模型中的所有三角面片是无序的,也不存在拓扑信息。然而在许多应用系统,需要借助模型的拓扑关系进行分析,以快速、准确地操作模型数据。重点研究STL网格模型的拓扑重构问题,在读取STL文件几何信息基础上,分析ACIS模型的数据结构,确定重构模型的拓扑结构,通过ACIS平台提取所需的拓扑信息,实现STL网格模型到ACIS的拓扑模型的重构。最后,通过实例验证重构算法的正确性。     

曲线与网格间的误差分析

通过对海量网格数据和曲线间的误差分析进行研究,将曲线进行离散化处理,提出基于BSP树的快速最近三角面片搜索法,并计算离散点与最近三角面片间的最近距离,从而得到误差值,对各点的误差进行统计处理得到最大、最小误差,平均误差和标准差,并对误差结果进行彩色图线显示和具体数值的显示.从而可以更好的控制逆向工程的模型建构精度.     

快速成型中粗糙STL模型细分算法

快速成型过程中STL模型精度直接影响成型零件的成型精度,当面对粗糙的STL模型并且没有原始模型进行重新生成或者生成精度不高时,以及逆向工程三维重建得到的STL模型精度不能满足要求时,需要对STL模型进行细分以提高其表面精度,进而提高成型零件精度。为此,提出一种新的STL模型面边点拓扑信息结构,解决了两三角形面片共享边空间插值两次带来的精度误差问题;在此基础上,应用Hermite空间插值方法近似表示三角形面片三边所对应的空间曲线段,之后依据设定的规律连接空间曲线段的中点,实现对粗糙STL模型三角形面片的细分。试验结果表明:细分算法适用于形面较为复杂以及大尺寸多三角面片的STL模型,其效率可达4~n(n是细分次数),可以快速提高给定STL三维网格模型的表面精度。     

面向虚拟现实的CAD模型转换研究

应用Pro/E良好的兼容性,通过其接口输出虚拟环境所需的三角面片模型和运用近似凸集分解算法将该三角面片模型转换成凸包模型,生成的凸包模型较之三角面片模型外形更粗糙,数据量程更短,经仿真计算凸包模型较之三角面片模型运算时间更短,所以应选择不同的触觉模型来满足针对虚拟环境中模型对实时性和精确性的不同要求。     

精密球体立式研球机的创新设计

为提高精密球体的加工精度与加工效率，针对传统立式研球机的机械结构及加工特点，面向批量加工，设计了一种新型料盘外置式立式研球机。通过分析球体加工的运动原理，采用组合创新的方法，确定了新型研球机的总体机械结构，实现了总体方案的创新；根据新型研球机的总体结构方案，对其关键零部件进行了分析与设计；基于对球体几何运动的分析，采用数值仿真技术，对球面加工轨迹进行了仿真分析，结果显示，采用新型研球机研磨板对球体进行研磨加工，可以使球体表面研磨迹线的分布更加均匀。通过对机床总体结构方案及关键零部件的设计与分析，实现了研球机的创新设计。     

装载机铲装过程仿真的物料堆建模方法研究

对装载机铲装过程仿真的物料堆建模方法进行了研究。使用ATOS Compact Scan 2M三维光学扫描系统扫描典型物料,并通过数据处理,获取了物料外表面轮廓。提出了一种多精度建模方法,在EDEM离散元软件中建立了不同精度的物料堆模型,通过和实验的对比,验证了模型的正确性。进行了水平插入阶段仿真,拟合出了不同建模精度情况下的铲装阻力曲线;以铲装阻力为参考,对不同精度物料堆情况的仿真误差进行了研究,并推测出真实情况下的结果,形成了一整套物料堆建模方法和仿真误差评价方法,为铲装过程仿真和后期优化提供了基础。     

五轴曲面铣削的通用表面纹理形貌建模方法

为进一步提高五轴铣削加工曲面纹理形貌仿真建模方法的通用性,同时为考虑刀具姿态角影响及分类的曲面纹理质量评定提供参考,提出了一种基于刀具结构通用参数和通用曲面刀触点坐标系的五轴铣削曲面纹理形貌建模及仿真方法。基于具有通用性的环形铣刀,采用刀具倾斜角?和旋转角θ定义刀具位姿,建立了能够适用于不同刀具及曲面的五轴铣削表面纹理过程的刀具切削刃点表达式。基于离散化思想,结合刀具切削刃点表达式,提出通过几何关系寻找瞬时扫掠四边形内工件网格点来实现曲面纹理形貌仿真。建立了平面和球面两类常用不同几何特征曲面以及不同类型自由曲面在不同刀具姿态角下表面纹理形貌仿真模型,并将平面仿真形貌分为?=0°、?≠0°两类,同时通过平面仿真时间对比验证了该仿真方法的效率更高。最后进行平面切削实验,结果表明,θ=-40°、?=20°及θ=15°、?=60°组合下实际切削与仿真表面纹理特征基本一致,同时实际切削表面纹理形貌特征与仿真分类结果一致,验证该曲面纹理形貌建模和仿真方法正确有效。