自适应Doo—Sabin细分算法改进研究

为克服细分曲面网格呈指数增长的缺点,提出了一种改进型自适应Doo-Sabin细分算法.简要介绍了Doo-Sabin算法细分规则,并提出了一种新的基于平均法向量的自适应Doo-Sabin细分阈值判断方法和新的裂缝消除策略.实验结果表明,该改进型算法能够大幅度降低细分曲面网格增长速度,并获得与均匀细分算法表面质量基本一致的极限曲面.     

非均匀Doo-Sabin细分曲面的尖锐特征构造

为进一步增强细分技术的特征造型能力,从修改细分规则的角度提出非均匀Doo-Sabin细分曲面的尖锐特征构造方法。根据基于非均匀Doo-Sabin细分方法的曲线插值理论,分析推导了控制网格中特征面细分的几何规则,并对细分极限曲面在特征附近的连续性进行了分析。在节点距大于零、所有面片边数及所有顶点价均小于11的情况下,细分极限曲面具有分片G1连续性。该方法既可以表示具有各种尖锐特征的任意拓扑复杂曲面,所构造的边界、折痕可以为一般二次NURBS曲线,同时还可以借助加权细分精确构造球面、柱面等一些常用二次曲面。     

有限元网格的圆角过渡特征提取及网格修改

根据过渡曲面的曲率特性，提出了一种有限元网格的圆角过渡特征提取及网格局部修改算法。通过曲率估算、过渡区域圆弧识别和圆弧分组等步骤，计算出一系列截面轮廓线来描述圆角过渡特征，同时将过渡区域网格从模型中提取出来。直接调整圆弧半径，快捷、准确地修改网格模型中等半径及变半径过渡区域网格。应用该算法，能够在有限元网格模型中直接修改零件或模具的过渡圆角形状，提高设计与CAE分析的效率。     

面齿轮新型齿面结构弯曲强度计算机仿真分析

面齿轮的弯曲强度是影响面齿轮疲劳寿命的主要因素.提出了面齿轮齿根过渡部分为光滑曲面的一新型齿面结构,给出了应用插齿刀的齿顶圆角生成面齿轮过渡曲面的方法;建立了刀具齿顶圆角的法面方程,经坐标变换,导出了被切削面齿轮光滑过渡曲面的方程;利用数字齿面的方法,分别建立了刀具齿顶尖角和圆角两种结构所生成面齿轮的有限元模型并进行了...     

复杂曲面重构中的倒圆技术

介绍复杂曲面重构中的曲面倒圆圆角和有关倒圆术语的定义 ,研究曲面倒圆的基本算法 ,概述曲面倒圆的方法 ,并给出曲面倒圆技术的应用实例及部分结论     

铝合金矩形截面内高压成形圆角充填行为研究

为了研究铝合金矩形截面内高压成形过程圆角充填行为,设计制造了专用试验装置,测试充填过程中圆角半径与内压的定量关系及其润滑条件影响,分析直边区与圆角区的过渡处开裂的机理,并对内压理论计算值与试验值进行对比。结果表明:充填过程中随圆角半径的减小,所需内压逐渐增大。当相对圆角半径大于5时,圆角半径变化趋势较快;而当相对圆角半径小于5时,变化趋势逐渐平缓。润滑条件对圆角充填影响较大,润滑的改善使成形相同圆角所需内压降低,极限圆角半径减小。从截面直边区的中点到直边区与圆角区的过渡点等效应力逐渐增大,所以过渡点附近最易发生壁厚过度减薄甚至开裂。对于硬化材料,未考虑材料硬化的内压理论计算值明显小于试验值,内压理论计算时必须使用材料硬化后的流动应力。     

功能性微结构可控参数建模技术研究

针对多孔结构功能一体化材料设计困难的问题,提出了一种由复合函数驱动的大规模微结构自动化建模技术。通过函数驱动生成三组平行于三轴方向的微结构基本单元,并借助集合论定义的交、并集操作对其进行组合,通过对生成的规则微结构进行仿射、弯曲算子操作,能使其获得一定的复杂曲面适形效果。对胞元节点处形成的自然圆角过渡进行了分析,相对于直接过渡、球体过渡这两种节点处理方式,自然圆角过渡的胞元力学性能分别提高了43.6%和27.9%。将3个变阶数圆形截面微结构填充于旋翼截面模型内部,通过计算3个变阶数旋翼模型在指定的10个采样点处的刚度值以得到模型的节点刚度曲线,研究结果表明：通过调控微结构的分布阶数可以改变模型的刚度分布。     

齿根过渡圆角处应力的分析计算

分别用传统的材料力学的方法计算了在齿轮设计过程中，轮齿齿根处弯曲应力和在同样的条件下，用有限元方法分析了不同齿根过渡圆角齿形的齿根剖面上各点以及过渡圆角处各节点的应力值。此结果和方法为选择正确的应力集中系数，得到适合于各种具体场合的优化齿形以及进一步进行齿根过渡圆角的优化设计提供可靠的帮助。     

齿轮齿根部最佳过渡圆角的计算

研究齿轮齿根部过渡曲线的确定方法 ,给出了最佳过渡圆角的计算方法 ,为齿轮设计和加工时过渡圆角的确定提供了依据。     

齿轮齿根过渡圆角的计算方法及控制的研究

齿根过渡曲线的曲率半径大小,影响渐开线起始圆直径和齿根强度.本文定量分析了齿轮齿根部最大过渡圆角的设计计算方法,采用欧拉一萨瓦里共轭齿面曲率的关系,从理论上建立了齿条型刀具的刀尖圆角与被切齿轮齿根圆角的对应关系,为齿轮设计和加工提供了理论依据.从工艺的角度,研究了粗切滚刀的刀尖圆角的设计及选用原则,以及磨削齿条的刀尖圆角与渐开线起始圆的相互关系.本文的研究对合理设计齿根圆角、合理设计和选用齿轮滚刀、精确修整齿轮磨削砂轮、保证渐开线起始圆直径,都具有实际应用价值.     

细分曲面的形状调节与控制

对Doo-Sab in细分算法进行了延拓,通过引入一个形状参数λ(0≤λ≤1),使生成的细分曲线、曲面在给定拓扑网格的情况下可以调节和控制。本文提出的算法简单、易于操作,可方便地解决工程实际中曲面位置调整和形状控制问题。     

基于几何约束的Doo-Sabin细分曲面修改算法

给出了Doo-Sabin细分曲面在奇异面的极限位置和法矢计算公式,定义了正则网格带的局部等参数线。通过建立局部坐标系对曲面上所有点进行局部参数化,把曲面上点的位置、法向量及局部等参数线等约束转化为所有待调整控制顶点的约束,得到线性系统,从而可以在满足上述多种不同类型的几何约束时修改曲面的形状。从控制网格扰动量最小和能量优化的角度给出两种修改算法,并利用广义逆矩阵求得显式解。约束的线性关系表明,两种方法都存在逆过程,修改的结果与过程无关,便于实际操作与控制。     

偏置圆柱体相贯线上的圆角表示方法

偏置圆柱体相贯线上的圆角表示方法是CAD和计算机辅助设计中众所周知的难题.所有的CAD/CAM软件都没有这一功能,多数使用者用各种各样的近似方法.经分析,找到了严密的精确的设计和几何造型方法.可用于大型铸锻件CAD和计算机辅助设计.     

曲面相贯线上的圆角过渡

圆柱体相贯线上的圆角表示方法是CAD和计算机辅助设计中众所周知的难题。所有的CAD／CAM软件都没有这一功能。多数使用者用各种各样的近似方法。本文找到了严密的精确的设计和几何造型方法。可用于大型铸锻件CAD 和计算机辅助设计。     

基于空间填充法的刀具路径生成算法及其仿真

针对空间填充曲线法的网格只具有正则矩形,生成的刀具路径存在频繁转向、长度冗长、生成时间长等缺点,提出一种基于空间填充法的刀具路径生成算法。选用T样条曲面为造型曲面,生成具有非正则矩形的网格并进行回路的规划;用改进的Hamiltonian算法初步生成刀具路径;用改进的倒圆角算法进行拐角优化,获得最终的刀具路径。开发出了基于该算法的仿真系统,对算法进行了仿真验证和实际的加工实验,结果表明所提出算法有效可行,生成的刀具路径长度及生成时间都得到缩短。     

Optimization of asymmetric spur gear drives to improve the bending load capacity

In a given size of symmetric involute gear designed through conventional approach, as the load carrying capacity is restricted at the higher pressure angle due to tipping formation, the use of the asymmetric toothed gear to improve the fillet capacity in bending is examined in this study. Non-standard asymmetric rack cutters with required pressure angles and module are developed to generate the required pinion and gear of a drive with asymmetric involute surfaces and trochoidal fillet profiles. The respective profiles thus generated are optimized for balanced fillet stresses that are equal and possibly the lowest also. For this study of optimization, several non-standard asymmetric rack cutters are designed to accommodate different combinations in the values of pressure angle, top land thickness ratio, profile shift, speed ratio and the asymmetric factors. However for any drive with a given center distance and a speed ratio, only two non-standard asymmetric rack cutters, one for the pinion and other for the gear are used to generate a required numbers of pinion and gear with different cutter shift values for the purpose of optimization. The influence of these parameters on the maximum fillet stress has been analyzed to suggest the optimum values of these parameters that improve the fillet capacity in bending. The optimization of the asymmetric spur gear drive is carried out using an iterative procedure on the calculated maximum fillet stresses through FEM for different rack cutter shifts and finally the optimum values of rack cutter shifts are suggested for the given center distance and the speed ratio of an asymmetric gear drive. Comparisons have also been made successfully with the results of the AGMA and the ISO codes for symmetric gears to justify the results of the finite element method pertaining to this study.     

可调节多约束Catmull-Clark细分曲面研究

提出了一种顶点和法向约束下的细分曲面构造方法。即在约束点网格基础上,先用带形状因子的Doo-Sabin方法对其细分一次,然后采用Lagrange乘子法优化求解顶点、法向和相似性约束下的最小顶点扰动量,并根据优化结果反复调整顶点位置,最终得到满足插值条件的细分曲面控制网格。该方法无需求解全局方程组,控制网格求解效率高;而求解过程中相似性约束的增加,保证了插值曲面的质量;形状因子的引入,则起到调节位置和法向约束影响范围的作用,从而给设计者提供更多的形状表达自由度。     

复杂轮廓棱边倒圆角的加工

数控铣削加工中常常会遇到一些复杂轮廓棱边倒圆角的加工。针对使用软件自动编程的加工方法的缺陷问题,建立了倒圆角数学模型,讨论了复杂轮廓的宏程序实现及变半径补偿的编程方法,提出了一类复杂轮廓的倒圆角的加工程序编制方法,并举例说明了编程方法。该倒圆角方法可提高产品的加工效率和产品圆角表面质量。     

楔尖圆角对楔横轧4Cr9Si2气门成形影响分析

借助刚塑性有限元软件DEFORM-3D针对4Cr9Si2马氏体耐热钢楔横轧成形过程进行有限元数值模拟,得到楔横轧工艺参数——楔尖圆角对楔横轧4Cr9Si2马氏体耐热钢轧件对称中心的心部缺陷以及轧件表面的表面螺旋痕和对称中心横截面拉细的影响规律：随着楔尖圆角的增大,轧件表面径向力的数值得到减小,从而使横楔轧轧件表面螺旋痕将会明显减小;当楔尖圆角增大后,轧件心部横向应力σy和切应力τxy的持续时间将增加,同时,楔横轧轧件心部第一主应力σ1的方向将会发生改变,使轧件心部金属朝横向y方向流动,从而增加了楔横轧轧件心部缺陷产生的可能性;楔尖圆角增大,轧件轴向力Fz的数值将会减少,从而能够改善对称中心横截面拉细状况。进行4Cr9Si2马氏体钢的楔横轧轧制试验,验证有限元模拟结果的可靠性,并通过增大展宽角获得合格的轧件。