保特征的三角网格均匀化光顺算法

为了使网格光顺算法在消除噪声的同时,保持模型特征并优化网格,提出一种保特征的网格均匀化光顺算法.首先获取二阶邻域三角面片的信息,使用改进的双边滤波器和准拉普拉斯算子预测顶点位置,然后综合拉普拉斯光顺法与平均曲率法的优点,沿顶点切平面和法矢量方向同时对网格顶点进行调整.实验结果表明,与现有方法相比,该方法可以有效去除噪声,保持三维表面模型的特征并使网格得到优化.     

基于特征修复的网格模型光顺算法研究

将Perona Malik的灰度图非线形调整方法应用到三维网格模型 ,提出了一种任意网格模型光顺和特征修复算法。该算法通过重复对模型中三角片法矢和网格顶点进行调整 ,不仅保证了调整后网格有效去除噪声 ,还可以在充分保留原始特征的基础上 ,自动对特征进行修复。调整后模型外形光顺 ,特征线清晰突出。文中应用实例表明该算法可以在保证修复特征的前提下 ,得到更合理的三角网格模型。     

反求工程中隐式曲面的三维网格自动精确恢复新算法

提出了一种基于点云数据的隐式曲面三维网格自动精确恢复新算法。该算法首先对恢复的初始三角形网格进行区域分割和边界重构,将隐式曲面的三角形网格分离出来,然后对恢复的隐式曲面表面的初始逼近网格从3个方面进行优化:即将初始逼近网格的曲率控制与网格面的拓扑一致性调整;调整网格顶点法矢与交互式分割;补偿网格抽样率。通过该算法能将隐式曲面的三角形网格自动精确恢复。然后进行网格光顺,输出优化的CAD模型。实例证明了该方法的正确性、可行性和实用性。     

基于三角Bézier曲面的三角网格模型光顺算法

针对三角网格模型整体光顺效果较差的问题,提出一种基于三角Bézier曲面的三角网格模型光顺算法,该算法采用R*S树组织三角网格模型的动态索引,对三角网格模型进行精确保形精简,根据保形精简后三角网格模型型面几何特征构造整体G1连续三角Bézier曲面,将其作为三角网格模型的光顺参考曲面。通过将三角网格顶点映射于光顺参考曲面上,实现三角网格模型的光顺处理。实例证明该算法可对各种复杂型面的三角网格模型获得理想的整体光顺效果,并有效保留原模型的型面特征。     

基于不可微问题优化的四面体网格光顺算法

提出一种基于不可微问题优化的四面体网格光顺算法。针对四面体网格光顺的最小最大约束优化问题,应用一类不可微优化问题的有效解法,提出与不可微目标函数等价的可微目标函数,进一步转化为无约束极小优化问题,进而调用现有的优化程序库进行网格优化。该算法实现了多点并发优化技术,能够有效地实现四面体网格的质量优化,特别是能够有效地解决非孤立劣质单元优化问题。算例表明,该算法计算效率高,且易于实现,能够优化得到较高质量的四面体网格。     

基于中轴线的曲面网格质量优化

网格质量对数值模拟的精度和效率有着重要影响,为了提升曲面网格质量,提出一种基于中轴线的曲面网格质量优化算法,由几何特征保持和节点光顺操作组成。采用法向张量投票理论对网格节点进行分类,保证了原始网格的几何特征。节点光顺操作通过不断的调整节点位置来提升网格质量,直到网格质量的变化量小于给定的阈值。针对光滑节点,采用二分法求解邻域多边形中轴上的最优中心点,并将该最优中心点投影回三维网格上,折痕点的最优位置则通过二次多项式插值法求得。应用实例表明,该方法在保证网格几何特征的基础上,较为明显地提升了曲面网格的质量。     

基于三维模型拉普拉斯分解的浮雕生成算法

研究了对三维几何模型在给定视觉方向上进行深度压缩的浮雕生成算法,基于三角网格的Laplace光顺原理,按模型频率分布将三角网格分解为光顺后的基础网格、拉普拉斯算子及更高次算子,运用此分解模型对不同频率部分分别进行深度压缩,以获得具有细节保持效果的浮雕.该算法无需对模型进行重采样,无需求解大型线性方程组.在不同的材料上对生成的浮雕模型进行了加工验证.实验证明,该算法生成的浮雕细节丰富,具有很好的视觉效果.     

三角网格大面积孔洞光顺修补算法的研究

针对曲率变化复杂区域的大面积孔洞缺陷,提出一种基于曲面拟合的光顺孔洞修补算法。首先提取孔洞基本特征信息,基于孔洞边界直接填充修补;接着通过网格细分与优化,获得孔洞内部采样点;最后通过加权分点曲面拟合,调整采样点的空间位置。应用实例表明,该算法获得的修补网格质量高,能较好地逼近原始缺失曲面,且与周围原始网格光顺连接。     

有限元平面混合网格优化策略

针对约束二维域四边形网格生成算法生成的混合网格质量较差,提出网格单元拓扑优化和整体光顺优化相结合的思想.采用边界和约束线上三角形单元优化、区域内混合单元优化等一系列拓扑优化方法.以有效改善了局部网格质量;同时,结合改进的Laplacian和基于最优化的最速下降几何优化方法光顺整体网格.实例验证,优化后整体网格较为规整、均匀,质量有明显改善.     

汽车车身表面测量数据光顺方法研究

针对车身覆盖件表面的特点，本文提出了全新的用光顺控制多边形网格的方法，来达到间接光顺曲线曲面离散型值点序列的目的，并将光顺技术与可视化技术结合起来，利用图形界面，容入主观因素，实现人机交互操作和动态光顺过程     

等成分轮廓线的FGM零件直接成形路径规划方法

提出了一种新的基于层片数据的等成分轮廓线/面的FGM实体模型与成形路径规划方法.将材料信息与零件几何模型分层后得到的层片文件相关联,之后在层片内将连续材料分布离散成等成分轮廓线/面,以等成分轮廓线/面为单元进行路径规划,较现有方法简便、效率高,用于FGM火车车轮等离子熔积直接成形的路径规划.     

轻型机械臂的轻量化结构设计优化方法

在轮式移动机器人基础上,开发移动机械臂,设计了一种轻型五自由度机械臂,建立了三维实体模型,以减轻机械臂自身质量为目标,对关键构件进行了减重孔方案设计和结构优化,利用有限元方法计算得到了在不同载荷下不同方案的应力应变规律、模态与振型,对比分析了不同减重方案的优劣性,给出了最优减重方案,为机械臂结构设计提供了理论依据。     

Three-dimensional process stability prediction of thin-walled workpiece in milling operation

High-speed machining of thin-walled workpiece is widely used in aerospace industry. To optimize the machining parameters in milling operations, the related process stability is required to be predicted. Compared to the existing two-dimensional (2D) milling stability model, a more completed three-dimensional (3D) regenerative process stability prediction model of thin-walled workpiece is presented based on the newly developed dynamic model. The efficiency and accuracy of the regenerative milling stability can be improved in the presented 3D model. The analysis procedure of the stability of flexible dynamic milling is developed in details. The 3D stability lobes are calculated according to the full discretization method and direct integration scheme. To verify the accuracy of presented 3D stability model, the thin-walled workpiece milling sound pressure signal and surface quality are determined in experiments.     

任意拓扑结构复杂曲面模型重构新方法

分析了采用参数化方法进行复杂曲面模型重构时存在的缺点,给出了应用递归插值分割理论从离散测量点构成的初始控制网格直接构造任意拓扑结构复杂自由曲面模型时计算插值点的统一算法,设计了一种能充分体现这种曲面模型重构方法优点的四叉树型数据结构存储必要的信息,最后给出了复杂自由曲面模型重构的几个实例。从实例可以看出该方法能够避免参数化方法在复杂曲面模型重构时所必须的参数曲面片之间的拼接和裁剪等问题,为复杂自由曲面模型重构提供了有效的新方法。     

大孔径管道4自由度内部检测机器人系统

从结构、控制系统及软件结构等几个角度介绍一种大孔径管道内部检测4自由度机器人系统原创设计方案。由于独特的可变性结构设计,使该机器人能够根据不同规格的被测对象,自动调整本体结构,使其检测有效范围在φ550～1000之内。该系统能够快速完成大型管道内整体三维表面数据采集,在此基础上在线给出表面品质特性分析报告及任意位置内部直径高精度的测量结果。在机器人控制系统的设计中为了克服环境振动干扰对系统检测精度带来的影响,提出自适应振动干扰控制策略,为检测装备在噪声环境下保证检测精度提供了一种有效的解决方案。该系统的软件集数据采集、数据处理、模型构建及表面品质评估功能于一体,而且界面友好操作方便。系统的激光扫描精度可达0.002mm,与高精度内径千分尺检测结果比较差值小于0.005mm。     

一种面向3D打印的“弱平衡”轻量化建模方法

随着3D打印的发展,模型的轻量化建模已成为该领域的一个研究热点。提出一种"弱平衡"轻量化建模方案来生成3D打印模型的内部填充结构。该方案能够根据结构分析自动生成内部密度变化的填充。该方法主要包括三个步骤:利用基于截面结构分析的方法来分析模型的应力分布及薄弱部分;利用一种混合的网格偏置技术向内部偏置模型,生成壳体模型。根据模型的应力分布,提出一种改进的泊松圆盘采样技术在偏置模型表面生成连续的密度分布点,在应力大的区域,点的分布密集,而在应力较小的区域,点的分布较稀疏;提出一种"弱平衡"八叉树技术对采样点进行空间划分,利用体心立方结构及Delaunay 3D算法将偏置模型生成四面体网格模型。在该四面体网格模型中,单元四面体的体积从外部到内部渐变,且在物体薄弱部分填充密度较大。这些单元四面体被用来直接生成"框架-结点"结构。所提出的"弱平衡"轻量化方案允许根据应力分析在模型不同的部分生成不同密度的填充,从而取得全局优化的填充。     

一种基于CT图像反求技术的实体几何造型方法

基于 CT图像的反求是反求工程中的重要内容 ,由 CT图像反求重建出的表面模型只包含了表面几何信息 ,而实体几何模型具有完备的几何和拓扑信息。针对 CAD造型系统中实体模型的特点 ,本文提出一种基于 CT图像反求技术的实体几何造型方法。应用 CT图像反求技术重建出物体的三维表面模型 ,在重建出的拟合曲面三角片序列的基础上 ,采用半边结构来表达重建的表面模型 ,并将该过程作为本研究所开发的特征造型原型系统 3D-Modeler2 .0中的一种造型方法     

基于Twin-Bennett机构固面可展开天线的优化设计

为了解决Twin-Bennett(TB)机构控制固面可展开天线展开过程的干涉问题从而提高收拢能力,对传统太阳花式天线分割方案进行了改进。通过指数积公式建立了该固面可展开天线设计参数与收拢率之间的数学模型,并以收拢率为目标函数对盘面分割方案进行了优化分析,通过多初值点序列二次规划算法得到了最优设计参数。针对收拢的同步性问题进行了伞状同步展开机构的设计,该同步机构能将直线运动转化为固面可展开天线的展开运动,同时能保证整体固面可展开天线的单自由度和同步性。最后进行了软件仿真和实物模型的制作。整体设计可提高传统太阳花式固面可展开天线的收拢能力,将收拢率从44%降低至37%,同时保证了驱动机构的简易性。仿真分析和3D打印模型结果证明了该方法的可行性和合理性。     

Three-Dimensional Implicit Curve Interpolation

An approach to 3D implicit curve interpolation in computer numerical systems (CNC) is presented. A 3D implicit curve is the intersection of two implicit surfaces. Geometric entities of 3D implicit curves are related to motion entities along the curve. The results are then used to develop real-time 3D implicit curve interpolation. An improved interpolation scheme has been proposed to augment the initial interpolation scheme to eliminate the cumulative point deviations. Simulations of implicit curve interpolation have been carried out to verify the effectiveness of the proposed algorithm. They also demonstrate that under typical machining conditions, the interpolation error for the improved scheme is well within the accuracy requirements of typical machines. The example has an application potential for tool-path interpolation when tool paths are obtained by intersecting an implicit design surface by drive cylinders. These show that the proposed algorithm is potentially useful for the machining of implicit surfaces.     

基于结构造型技术的三维CAD系统的研究

结构造型技术通过改进现有特征造型方法和产品模型表示法,实现了装配模型与零件模型的统一.论述了结构造型技术的基本概念、性质和设计原则,提出了基于结构造型的CAD软件架构和建模方法,并详细讨论了产品模型的维护策略和流程控制方法.该方法已用于KMCAD3D系统,实践证明该系统可以有效地维护设计意图,简化模型维护算法;人机交互操作步骤少,避免了重复数据输入,与传统特征造型系统相比,设计效率提高2～3倍.