NURBS体变形与NURBS曲面变形求解

主要研究了NURBS曲面与体实现自由变形时参数区间、曲面片或体元与控制顶点之间的关系。某一参数区间的曲面片或体元的变形只与有限个控制顶点有关。只对相关控制顶点进行自由变形求解,可以降低求解复杂度。     

用BP神经网络预测数控铣削变形

铣削变形问题一直是影响薄壁件加工精度的瓶颈问题。由于引起铣削变形的因素较多以及铣削过程本身的复杂性,使得铣削参数与变形量之间的关系很难用准确的解析式来表示。因此借助神经网络的非线性映射能力,建立了变形量与铣削参数之间的非线性映射模型。结果显示:所建立的神经网络模型具有较高的精度和良好的泛化能力。该研究为进一步的铣削参数优化提供了保障。     

以弧长为参数的快速NURBS插补研究

针对复杂零件的高速高精加工需要,提出了基于弧长为参数的快速NURBS插补。由于NURBS曲线参数u没有几何意义,与弧长是非线性映射关系。弧长难以直接用解析表达式计算,没有弧长信息难以对曲线进行速度规划。基于此,利用高斯积分计算曲线弧长,同时对参数u和弧长S进行五次多项式u-S建模,建立它们之间映射关系,在插补时既可以进行速度规划,又可以实时快速计算下一个插补点,保持小的速度波动。仿真与实验结果验证了该算法的有效性。     

面向成本的设计中的多域特征映射研究

DFC(Design For Cost)是 DFX方法的一个分支 ,本文运用多域特征映射理论提出 DFC中特征域有 :4个设计域 (概念设计域、初步总体设计域、总体设计域和施工设计域 )和 5个成本域 (制造成本域、装配成本域、销售成本域、维修成本域、使用成本域、报废回收成本域 ) ,并在 DFC中建立了以设计域为核心的多域特征映射关系 ,通过综合应用神经网络、仿真和成组技术等方法 ,初步实现了设计参数与成本参数之间的映射 ,为 DFC中全生命周期成本(L CC- L ife Cycle Cost)的估算打下了基础     

产品概念设计方案生成模型

在公理化设计中引入行为域，提出了具有“顾客需求域→功能域→行为域→载体域”映射模式的概念设计方案生成模型，将功能域、行为域和载体域之间的映射视为整体。采用质量功能配置方法建立了顾客需求域与该映射整体之间的关系；针对映射整体定义了一种域映射规则，给出了域映射过程的数学语言形式化描述。以高速链式平缝机方案设计为例，对所提出的模型和方法进行了说明。     

基于角色映射的跨平台授权研究

为解决网络化制造平台联邦集成中的跨平台授权问题,提出了一种基于角色映射的跨平台授权方式.独立自治的管理域之间通过角色映射,建立起合同性质的授权关系,并讨论了集成系统信任模型和跨平台访问控制过程.针对基于角色的访问控制模型,定义了包括四种映射关系和三种授权关系的形式化授权模型.为保证跨管理域授权的安全性和角色映射的合理性,提出了基于合同约束、静态约束和动态约束的风险控制机制.最后给出了集成系统授权服务器的体系结构及应用示例.     

NURBS曲线在叶轮设计中的应用分析

介绍一种采用NURBS对叶轮叶片的关键截面和基迭线进行参数化表达的风力机叶片设计方法,先介绍了NURBS曲线设计叶片的优点、概述定义和数学模型,然后针对风机叶片的造型设计,讨论了用NURBS曲线生成方法,及三维模型设计方法,并最终完成了叶轮的三维模型建立与实体加工。该方法有效提高了风力机叶片设计的质量。     

基于SolidWorks的螺旋锥齿轮的仿真加工

通过在VB中调用SolidWorks API的属性和方法,建立了齿轮毛坯和盘铣刀的三维参数化模型.控制刀具实体和毛坯实体的相对位置和相对运动关系,进行实体间的布尔运算,模拟真实齿轮的加工过程,得到螺旋锥齿轮的三维仿真加工几何模型;获取螺旋锥齿轮的齿面离散点,在此基础上实现了螺旋锥齿轮齿面的NURBS表示,并通过了实例验证.     

参数化结构静态响应特性的减基分析方法

针对参数化结构的灵敏度极值问题，提出一种高效的减基分析方法。依据减基平衡方程建立参数域与静态响应集合之间的连续映射关系，在减基空间中分析静态响应的结构参数灵敏度。基于参数灵敏度计算式构建相应的全参数域减基极值模型，在线求解规模已被缩减的减基极值模型可以快速获得参数化结构的全域灵敏度极值以及Pareto前沿。通过结构数值算例的求解与演示验证了该方法具有较好的可行性。     

基于ABF的自由曲面上三维复杂图案的雕刻方法

利用五轴数控机床在自由曲面上快速生成美观的图案在珠宝纹饰雕刻、吹塑/挤压模具图案制作、复杂产品外观图案的自动喷绘等方面具有潜在的广泛应用.针对目前图案映射对单一参数曲面参数域处理的依赖,提出一种可应用于复合裁剪曲面、网格曲面甚至点云曲面的三维复杂图案雕刻方法.利用图像边界处理技术,将二维的数字图案转化为可用于数控加工的离散点集.进而根据保角映射(Angle-based flattening,ABF)原理,将目标曲面映射到二维平面域,建立三维曲面与二维平面域之间的一一映射关系.以此映射为向导,提出基于面积坐标的线性映射方法,将离散图案逆映射到目标曲面上.根据选择的刀具参数及给定的切削深度,生成用于三维复杂图案雕刻的刀具轨迹,并进行雕刻仿真试验和实际雕刻加工试验.试验结果证明,所提方法简单实用,能够在复杂自由曲面上生成美观的雕刻图案.     

基于点搜索的多曲面体清根轨迹生成方法

针对多曲面体清根加工轨迹的生成问题，建立了基于搜索初始点在参数域和物理域内搜索刀心点的点搜索算法。在搜索过程中，以多曲面体为研究对象，根据其结构特点确定搜索初始点和搜索中心，将参数域内搜索初始点与搜索中心的连线作为搜索方向在参数域内进行搜索。在物理域内生成参数域内对应搜索点的偏置点，判断偏置点到达多曲面体的距离是否满足距离条件，若满足距离条件则为刀心轨迹上的点。算例与实际加工结果表明，所提出的搜索算法搜索过程稳定，可以快速生成高质量的清根加工轨迹。     

基于矢量分析的数控加工轨迹设计方法研究

描述了基于矢量分析和NURBS的数控加工轨迹设计方法。基于给定的被加工曲面在其参数域上的优化走刀方向集合,并依据标量场与梯度场的转化关系,建立了精确逼近离散方向矢量的走刀矢量场拟合模型,由此给出了数控加工轨迹的矢量表达形式。以NURBS作为发生矢量场的流函数并借助其较强的局部调控能力,通过调整控制点列,可望实现数控加工轨迹拓扑形状的整体优化调控。验证实例表明该方法能够进行复杂形状数控加工轨迹的精细设计,有利于保证精度指标下曲面加工效率的最大化。     

NURBS skinning surface for ship hull design based on new parameterization method

Surface reconstruction from sets of cross-sectional data is important in a variety of applications. The problem of generating a ship hull surface from non-regular cross-sectional curves is addressed. Generating non-uniform rational B-splines (NURBS) surfaces that represent cross-sectional curves is a challenge, since the number of control points is growing due to the non-avoidable process of having compatible cross-sectional curves. A new NURBS parameterization method that yields a minimum number of control points, and is adequate in generating a smooth and fair NURBS surface for ship hulls is proposed. This method allows for multiple knots and close domain knots. The results of applying different parameterization methods on the forward perpendicular (FP) region of a ship hull (organized in eight sections) shows that the proposed method reduces the number of control points and generates a smooth and fair NURBS surface, without sacrificing the original object shape of the FP region.     

NURBS skinning surface for ship hull design based on new parameterization method

Surface reconstruction from sets of cross-sectional data is important in a variety of applications. The problem of generating a ship hull surface from non-regular cross-sectional curves is addressed. Generating non-uniform rational B-splines (NURBS) surfaces that represent cross-sectional curves is a challenge, since the number of control points is growing due to the non-avoidable process of having compatible cross-sectional curves. A new NURBS parameterization method that yields a minimum number of control points, and is adequate in generating a smooth and fair NURBS surface for ship hulls is proposed. This method allows for multiple knots and close domain knots. The results of applying different parameterization methods on the forward perpendicular (FP) region of a ship hull (organized in eight sections) shows that the proposed method reduces the number of control points and generates a smooth and fair NURBS surface, without sacrificing the original object shape of the FP region.     

基于力密度方法的NURBS曲线和曲面变形框架

提出基于力密度方法的统一求解策略,实现NURBS曲线和曲面的精确变形.将控制网格类比为空间索网结构,分别建立外载荷变化最小、外载荷最小、杆阻尼长度最小和节点位移最小等四种表达不同几何和物理意义的最小化模型来驱动变形,并以控制顶点在变形前后的位移为变量,建立统一表达的目标函数方程,便于多个最小化模型组合使用,满足特定的变形需要.由于目标函数的二次性以及约束的线性化处理,优化问题可以通过Lagrange乘子法转化为线性问题进行求解.在计算中引入目标函数快速求解算法,使变形设计可以满足实时交互操作的需要.应用实例表明,该算法可以应用于细节特征设计和反求建模等复杂曲面造型.     

High-speed contouring control with NURBS-based C2 PH spline curves

This paper presents a C² Pythagorean hodograph (PH) spline curve constructed by the non-uniform rational B-spline (NURBS) curve for high-speed contouring control. With the knot vector, weights, and control points given, the C² PH spline curve is defined to be a “good” interpolant for Hermit data obtained from a NURBS curve of degree 3 specified by the same control polygon, weights, and the knot vector. To this end, the first- and second-order derivatives are evaluated at the nodal points on the NURBS curve. These boundary conditions are imposed on the PH segments of degree 9 to preserve continuity between the connecting segments. The S-curve motion planning architecture with variable feed rate for a planar NURBS-based C² PH spline curve is also developed in this paper. In particular, C¹ cubic feed acceleration/deceleration is imposed on the first and last PH segments. Several NURBS-based C² PH spline curve-following tasks were conducted to verify the effectiveness of the proposed interpolation algorithm. Experimental results show that the proposed interpolator is not only feasible for machining the complicated parametric curves represented in the NURBS-based C² PH spline form but also yields satisfactory contouring performance under variable feed rate control.     

基于三角剖分的曲面变形

介绍一种三维空间中基于散乱数据点三角剖分的自由变形技术。运用Voronoi图和Delaunay三角剖分,将待变形曲面上的点(作用点)用控制顶点线性表示出来,移动控制顶点使作用点发生位移,从而使曲面的形状发生局部的改变。这种方法改进了诸如自由变形(FFD)、直接自由变形(DFFD)和扩展自由变形(EFFD)等传统曲面变形技术在局部变形上的应用。     

基于逆向工程的发动机叶片实体建模关键技术研究

发动机叶片是航空发动的关键零件，计算机技术的发展和功能强大的三维造型软件的出现为超薄扭曲叶片的三维实体建模带来了极大的便利。本文在逆向工程设计思想的指导下，就航空发动机叶片特有的结构和技术要求，着重讨论了叶片实体建模中型面测量数据预处理、叶身型线与进排气边过渡圆弧切点的校正和叶身B样条自由曲面拟和等关键技术问题，并对叶片型面的光顺度和平滑度进行了校验，从而获得符合设计要求的叶片实体模型。     

Full 3D surface reconstruction of partial scan data with noise and different levels of scale

We propose an algorithm to align partial surfaces. The algorithm does not assume specific initial positions and the same level of scaling for source and target models. The corresponding points between models are computed by detecting the scale-space extrema of the geometric invariant of the models in 2D parametric domain induced by conformal parameterization. We also propose squared distance function (SDF) to describe the invariant geometric values of a model. SDF represents the rich local shape of a surface and shows relatively robust results for a noisy model. These characteristics of SDF improve the matching result in the parametric domain for they are helpful to detect the extrema of the geometric invariant of the local shape. The proposed method computes faster the corresponding points between models and finds a greater number of corresponding points than existing methods do. Experimental results show that our proposed algorithm can successfully handle 3D scan models that have less overlap between them than that required for the existing methods.