铸件三维有限差分网格剖分技术研究

在分析三维STL文件格式数据结构的基础上，详细介绍了网格剖分技术。在处理奇异点方面采用了合理的方法来避开，所生成的三维直角六面体网格为金属凝固数值模拟采用有限差分法计算提供了铸件和铸型实体的空间位置信息，并给出适用于任意复杂铸件形体的三维网格剖分程序，通过实际应用证明了程序的实用性。     

复杂铸件的实体造型及网格自动剖分技术

提出了采用交互方式读取由ＡｕｔｏＣＡＤ软件绘制的二维铸造工艺图以生成基本体素数据文件,通过对基本体素进行网格剖分,建立起适用于铸件凝固模拟需要的三维实体。给出了自动剖分的原理和采用面向对象技术编制自动剖分程序的方法。编制的前处理软件剖分速度快,剖分网格数可超过１０００万。通过一个大型复杂铸件的造型实例,证明了该方法的可靠性和实用性。     

基于STL的切片法有限差分网格剖分的研究

铸件及铸型实体的三维网格自动剖分是金属凝固模拟按实际形状顺利进行的前提条件。应用将剖切面偏移奇异点的“切片法”对STL文件进行网格自动剖分，所生成的三维直角六面体网格为金属凝固数值模拟采用有限差分法计算提供了铸件和铸型实体的空间位置信息。该方法原理简单、编程实现快捷、适用于剖分任意形状的实体，是一种高效、高精度的剖分方法。     

基于有限差分非规则边界网格剖分技术

有限差分法广泛用于铸造过程中流场和温度场的模拟,而对复杂实体进行更为准确、快捷的三维网格划分对铸造过程模拟十分重要.本文在传统FDM结构化网格剖分算法基础上,开发出对实体边界区域采用20点坐标定义的不规则凸多面体网格进行离散的非规则边界网格剖分程序.剖分实例证明,这种剖分算法可以为大型、复杂的铸件铸造过程数值模拟提供更为准确的计算网格,可有效地消除传统有限差分剖分算法阶梯型边界网格近似边界区域所引起的计算误差.     

复杂形状铸件实体造型及网格剖分

本文基于ＡｕｔｏＣＡＤＲ１２中的ＡＭＥ模块完成复杂形状铸件的几何造型，并对ＡｕｔｏＣＡＤ软件进行二次开发，编制了能剖分复杂形状铸件实体的网格剖分程序。文中举出曲轴、轮毂等铸件的应用实例。     

基于STL的切片线扫描法网格剖分技术

建立了运用切片线扫描法对STL文件格式实体进行网格剖分的算法,在处理奇异点方面,采用了合理方法.基于该算法开发了能对任意复杂实体进行三维网格剖分的程序.实例剖分结果表明,该方法的剖分效率高,并能保证剖分精度.     

复杂铸件Delaunay三角剖分方法及其在华铸CAE的应用

铸造工艺的模拟仿真需要对铸件几何模型进行网格剖分,复杂铸件剖面采用合适的Delaunay三角剖分能极大简化运算。采用了生长式的点插入三角剖分方法,并证明了其严格符合Delaunay三角剖分准则。新的三角剖分方法对复杂铸件剖面剖分后得到的三角网格近似等边三角形,该算法已成功应用于华铸CAE软件中。     

用直接差分法实现铸件凝固进程三维数值模拟及软件研究

选择Ｉ－ＤＥＡＳ软件为前处理平台，实现铸件三维实体造型和自动剖分；解决了Ｉ－ＤＥＡＳ软件与主计算程序的数据接口；采用直接差分法编制了适用于各种多材质复杂铸件三维凝固模拟的通用程序；对不规则剖分单元，采用变时间步长技术，大大提高计算效率，在后处理程序中，可对铸件任意剖分，直观地显示铸件任意部位不同时刻的温度场；采用插值技术，实现彩色图像模拟温度场的色彩平滑过渡。     

金属凝固模拟程序网格剖分模块技术研究

网格剖分是金属凝固模拟程序的重要功能，其生成的三维直角六面体网格为运用有限差分法进行数值模拟计算提供铸件和铸型等实体的空间位置信息。网格剖分模块的关键技术有：STL切片法；将切割面偏移微小量，避免处理奇异点；网格(实体)经过变换矩阵实现轴测投影以及单个网格的可见面判断，整体网格的画家算法消隐观察等。经验证，这些技术的应用能高效地实现网格剖分的功能并可直观地显示网格剖分的结果。     

铸件充型凝固三维数值模拟软件SRIFCAST的研制及其应用

铸件充型凝固过程数值模拟软件SRIFCAST在确定了金属液在充型和凝固冷却过程中的湍流和层流流动模式以及三维速度场和温度场数值模拟计算方程及数值求解的基础,编制了网格单元的剖分、三维速度场和温度场计算、二维等温线图、速度矢量图和三维温度场显示等程序;在Windows 9x操作平台上,设计了方便、快捷的各种鼠标操作主界面和分界面;建立了铸铁、铸钢、高温合金、铸造有色合金等金属材料,以及石英砂等造型材料的热物性参数数据库。SRIFCAST软件在汽车铸件和重大装备铸件上进行了生产应用,获得了优质铸件,证明了它的先进性、实用性和易操作性。     

Three-dimensional microstructural evolution in ideal grain growth—general statistics

The idealized grain growth in three dimensions (3D) was studied by the Surface Evolver method that models the process of boundary motion by curvature to minimize the boundary energy. Even starting from arbitrary packing of uniform grains, the boundary network reached steady structure after the incubation and transient period. The parabolic law in grain growth was observed only in a region where the steady structure was maintained. The more general von Neumann–Mullins law on kinetics of grain growth held in both transient period and normal grain growth period. The grain size distribution function and the distribution of the number of faces in steady structure were analyzed in 3D, and compared with the microstructure in cross-section. The perimeter law and Aboav–Weaire law in 3D on topological nature of boundary network structure held not only in the steady structure but also in transient structures.     

Optimised lattice structure configuration for additive manufacturing

Lattice structure is critical for designing light-weight or multi-function components in additive manufacturing. A lot of know-how had been accumulated via the benchmarking of cellular units. However, how to optimize the parameters and the topological distribution of lattice cells in a constrained design space to gain both mass and computation efficiency for structure design is still an open question. To answer it, this paper proposes a new optimization method using design of experiment and surrogate model to configure lattice structures in specified 3D hulls. A design case is presented to show the advantages of the proposed solution.     

基于模型分割的子区域局部匹配算法

提出了一种基于B-rep的凸凹子区域分割的局部匹配算法,用于处理三维模型的局部检索.首先将CAD模型和预匹配模型分别用属性邻接图表示,通过区域分割算法将模型表面分为若干个凸凹子区域,然后在CAD模型的子区域中分别检索与预匹配模型中子区域凸凹性相同且拓扑也相同的部分,通过比较两种模型中局部结构对应的凸凹子区域是否匹配,判断CAD模型中是否含有该局部结构.实例结果表明,该方法在保证精确检索的同时,能有效提高检索效率.     

IGM弧焊机器人大型工作站仿真系统设计

针对第一代示教再现型弧焊机器人自动化焊接的现状,自主开发了通用型IGM弧焊机器人大型工作站离线编程系统,介绍了系统总体设计及类之间关系.机器人焊接过程三维仿真是离线编程的图形平台,提出了一种新的开发方式实现三维图形仿真系统,即自主开发基于C/S结构的包含OLE(对象连接与嵌入)项的机器工作站离线编程系统,通过COM(组件对象模型)接口实现焊接工件三维图形及几何拓扑信息的无缝集成.在VC 开发环境下,使用OpenGL图形开发工具,基于面向对象的编程自主开发了三自由度龙门机架、六自由度关节型弧焊机器人和两自由度变位机的三维造型及焊接过程图形仿真系统.     

结合数值模拟与物理实验的叶片锻造预成形拓扑优化设计研究

利用所提出的拓扑优化方法,对复杂形状叶片锻造的预成形形状进行了优化设计。详细给出了该方法在三维模式下的优化策略、优化目标、单元增删准则、几何模型处理等关键技术。以合理精简毛坯、提高模腔充填性为综合优化目标,利用自行开发的优化程序,经过十余次的优化迭代,获得了理论上的优化结果。研制了叶片锻造模具,对优化后的预成形件进行了锻造成形实验;利用激光测量设备采集了叶片锻件型面的几何数据,并与数值模拟结果进行了比对。对预成形件制备工艺的可行性进行了详细讨论。结果表明:基于拓扑优化方法所获得的叶片预成形设计结果较为理想。     

FDM多喷头3D打印机结构设计及运动研究

为实现FDM(熔融沉积成型法)多喷头3D打印多材料、多颜色增量制造,在完成多喷头3D打印机结构设计的基础上,通过分析单喷头3D打印机成型运动模式,研究多头3D打印机各运动部件成型轨迹及运动特征。并据此确定其控制方式、控制对象及控制流程,设计基于开放式分层软件+多轴联动控制通信的控制系统。最后,利用三维设计软件构建了彩色三维数据模型并对其成型过程实施仿真。经验证,该多喷头3D打印机可实现多彩色三维模型制作。     

基于板料成形数值模拟的覆盖件模具结构优化

针对汽车覆盖件模具,提出一种基于板料成形模拟的模具结构拓扑优化方法,得到了新型的模具结构。先通过板料成形数值模拟得到板料对模具的作用力,经格式转换后,将模面节点力导入施加到模具的三维有限元模型上进行结构拓扑优化。运用该方法优化某后备门外板模具结构,经对比分析发现,优化后二次设计的模具结构相对于传统结构具有更高的刚度和更轻的质量,优于传统结构。     

基于蒙特卡洛法的3D打印机定位精度分析

为了研究在各种误差源综合作用的条件下,FDM桌面3D打印机挤出机头相对于热床的定位精度情况,通过蒙特卡洛法对其定位精度进行评估。根据多刚体系统理论,建立3D打印机的拓扑结构模型;基于仪器精度理论,对误差向量进行综合分析,分析步进电机在运动过程中,各种误差源在x,y,z方向引入的误差向量,建立3D打印机的误差传递模型;通过蒙特卡洛法对在各种误差源综合作用的情况下打印机挤出机头的定位精度进行仿真计算。结果表明:在置信概率95%情况下,挤出机头相对于热床在x,y,z 3个方向上的定位输出及其扩展不确定度分别为x=(70±0.099)mm,y=(50±0.100)mm,z=(20±0.518)mm。该方法可用于分析影响定位精度的主要因素,进行误差补偿,提高定位精度;也可应用到精密仪器设计中用于精度分配计算,合理分配多刚体结构各环节的精度指标。     

基于知识的冲裁模CAD系统研究与开发

对基于知识的板料冲裁工艺与三维模具设计的智能化设计技术进行了系统研究,建立了基于知识的冲裁工艺与模具结构设计模型,研究了动态、柔性的工程设计接口在冲裁模设计系统中的实现。基于I-DEAS软件平台,利用二次开发和过程集成技术,开发了板料冲裁工艺与三维模具设计支持系统,有效提高了冲裁模设计的质量和效率。