局部保形映射到整体能量优化的曲面展平

针对复杂网格曲面提出了一种局部保形映射到整体弹性能量优化的曲面展平算法。该方法基于局部到整体的思路,通过分析作用在局部三角形上的仿射变换雅可比矩阵的奇异值,得到三角形到平面参数域的保形映射。在此基础上,通过迭代优化由网格线弹性应变能组成的能量函数,使得整体网格的节点内力达到平衡状态,对局部保形映射后的网格进行整体拼接和优化。应用实例表明,该方法稳定可靠,能得到较好的网格曲面展平结果。     

保持尖锐特征的多边形网格模型孔洞修补方法研究

针对由点云数据重建得到的多边形网格模型存在孔洞的问题,提出了一种保持尖锐特征的多边形网格模型孔洞修补算法.首先,利用基于径向基函数的插补方法获得能够近似地逼近孔洞区域的光滑隐式曲面.然后,利用正则化匹配算法对该隐式曲面进行三角化,完成孔洞填充曲面片与原始模型的孔洞边界的缝合.最后,针对孔洞边界存在尖锐特征进行特征增强处理.实验结果证明,该算法对多边形网格模型的孔洞修补取得良好效果,并能够有效地恢复孔洞区域包含的尖锐特征.     

网格曲面上自由形状特征交互式阵列设计

为了提高设计效率、便于后续布局设计优化,提出一种流形网格曲面上自由形状特征可参数驱动的阵列重用设计方法,引入场向参数化方法获得网格曲面上的等值分布线,再由两组不同角度的等值分布线的交点确定特征的阵列位置;以阵列位置点的法矢和方向矢量构建局部坐标标架,用以确定阵列特征的朝向,并交互式确定各特征大小;最后采用基于旋转不变量的拉普拉斯网格变形方法,使得各阵列特征和目标曲面自然过渡,实现自由形状特征的有序多重复制。将位置阵列和特征变形分开处理,使得阵列特征的变形不依赖于场向参数化,仅与其所在的局部区域有关而与曲面整体无关,既保证了各特征和目标网格的融合效果,也为实施并行计算、降低时间成本提供了条件。试验结果表明,所介绍方法可行、有效,能满足自由形状特征在曲面上的阵列式交互设计要求。     

三角网格曲面上的特征阵列

针对三角网格曲面上复杂特征阵列式设计重用困难问题,提出一种两步法特征阵列重用策略。基于曲面空间向量平移理论,确定特征阵列位置,以角度和测地距离两个参数构建各阵列实例之间的关联;提出一种基于对偶图的曲面局部参数化方法,使参数化结果不受顶点法矢评估方法的影响,对噪声和锐边特征不敏感。在此基础上,采用微分坐标网格变形技术实现阵列实例的形状控制,使其适配曲面局部形状变化。给出了环形旋转阵列、沿曲线阵列以及方向阵列的具体算法实现。试验结果表明,所介绍方法鲁棒、有效,可用于复杂特征的阵列式实时交互设计。     

一种基于能量法的自由曲面展开算法

提出了一种基于能量法的自由曲面展开算法,适用于任意复杂自由曲面的展开.根据建立的曲面能量模型,采用映射法进行曲面的Delaunay三角网格划分,并计算空间网格三角形点的变形能,然后进行变形能的释放,得到自由曲面展开后的二维平面.能量法不拘于问题的形式,可以用来求解一般的问题,该算法具有一定的通用性,适用于CAD/CAM中的曲面展开问题.     

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。     

基于原始曲面信息的变形网格的曲面重构

为了对有限元分析后的模型进行干涉检查和再分析,需对变形后的网格重建实体模型。基于原始曲面的信息,对变形后的网格进行区域分割,针对分割后的每个特征区域,分别对二次曲面和B-样条曲面采用了不同的重构方法。对于二次曲面,提出了一种基于等参数线的二次曲面参数提取的方法;对于B-样条曲面,给出了一种误差控制的B-样条曲面拟合的多步迭代方法。基于原始模型的拓扑结构,对重构后的曲面进行裁剪缝合得到变形后的实体模型。由于利用了原始曲面信息,使得曲面重构得以简化。实验表明,基于原始曲面信息的曲面重构方法可以快速有效地重构出任意复杂拓扑结构的变形后的曲面。     

保持参数分布状态的有限元变形网格B样条曲面重建算法

针对变形前后的有限元网格模型及原始曲面模型,提出一种保持参数分布状态的B样条曲面重建算法。在裁剪区域,通过对原始曲面进行平移、延伸、截取及重新参数化等操作,构造初始拟合曲面;在非裁剪区域,在垂直于大曲率边界的参数方向上插入截面线并重新参数化两条大曲率边界,用双向蒙皮的方法重建拟合曲面。然后进入重新参数化网格点和重新拟合曲面的迭代过程,直至满足终止准则。在曲面迭代修改过程中,通过计算基函数的极值点给出一种更精确的欠约束区域判定方法;利用插值四边/三角细分算法细化粗糙网格模型,补充约束条件,提高拟合曲面的光顺性;借助拟合曲面补充边界约束条件,结合网格点插值和形状保持约束,改进裁剪曲面的拟合精度。实验结果验证了算法的有效性。     

可重用零件特征的快速设计技术

针对零件建模中复杂结构设计重用困难的问题,提出了一种基于网格融合的建模方法。采用离散指数映射(DEM)方法对基网格目标区域进行局部参数化;利用最小二乘网格以特征网格边界为条件进行补洞处理,进而采用DEM方法对补洞网格进行参数化,得到特征网格边界点的参数坐标和法矢;依据参数坐标将特征网格边界映射至基网格目标区域,并以目标区域映射边界点的位置和法矢作为初始形变条件,利用基于层的网格变形优化算法对特征网格进行变形重建,使特征网格具有较好的保形性;通过修正特征网格边界点法矢来控制重建网格体积膨胀收缩情况,进一步提高保形性;依据法矢、曲率对基网络和特征网格提取特征图元并以此添加几何约束,控制特征网格在基网格上的位置形态,保证两网格相对位置关系。实验结果表明：该方法便捷高效、精度高,可在新模型设计中有效实现设计重用。     

A method for planar development of 3D surfaces in shoe pattern design

This paper presents a new method for planar development of the 3D surfaces of a shoe upper. The 3D surface is first faceted into triangular elements and then roughly laid down on a 2D plane. Next, the nodal points of elements are repositioned by a refinement technique that minimizes the geometric errors. Even after elements have been refined by minimizing geometric errors, the resulting 2D shape still has some strain energy that needs to be reduced by a relaxation process. Hence, these elements are then used as an initial guess for further optimization during which the finite element inverse method is used to minimize the total strain energy. In fact, the two-step optimization technique not only can prevent the divergence of solutions (e.g., interferences between elements) but also yields a more reliable result. The method has been implemented as a module of the shoe design system by which a prototype shoe can be designed and manufactured more precisely and quickly.     

车轮多边形激励下的滚动接触疲劳裂纹瞬态扩展行为研究

利用ANSYS/LS-DYNA建立带车轮多边形的三维轮轨滚动接触疲劳裂纹扩展模型,将真实轮轨间瞬态滚滑和高频动力作用考虑在内,分析车轮多边形和连续钢轨裂纹造成的瞬态接触载荷对钢轨裂纹动态扩展行为的影响。速度250 km/h牵引工况的结果表明:零间隙多裂纹对法向轮轨力的影响甚微,但会造成切向轮轨力不可忽略的波动;车轮多边形会造成法向和切向轮轨力显著的周期性波动,如0. 1 mm波深23阶多边形会使得各裂纹面最大法向和切向接触力较圆顺工况分别增长19. 6%、34. 1%;任一裂纹面内法向和切向接触应力在接触斑滚过的0. 22 ms内发生了复杂的瞬态变化,进一步导致各裂纹的最大裂尖应力场强度因子的周期性波动,影响裂纹动态扩展行为;随着车轮多边形波深和阶数的增加,上述各种波动的幅度均会变大,加速裂纹扩展。     

基于VRML的模具边界提取方法与加工轨迹优化研究

为解决气压砂轮进动抛光在模具边界区域的振动加剧、边界棱线过度磨损和气压砂轮失效等问题,将VRML技术应用到气压砂轮进动抛光轨迹规划中。经过对VRML文本内容的分析,采用一系列三角形平面取代原始的多边形平面和自由曲面的VRML描述模型表面的方法,建立了文本数据与模型边界线之间的对应关系,提出了一种基于VRML的模具边界线三维解析式提取方法,并将该方法应用到气压砂轮进动抛光轨迹优化中;通过限制气压砂轮切削速度方向与模具边界外法向量的夹角,获得了理想的切削速度分布特性。实验及研究结果表明:通过该优化方法获得的模具边界线数据具有较好的完整性和准确性,适用于各种复杂形貌的模具零件的轨迹优化,并可通过调整阈值来满足具有不同曲率曲面的识别要求。     

多面形非圆曲面数控磨削加工实时插补方法研究

对任意n面形非圆曲面数控磨削加工控制与实时插补方法进行了系统研究，建立了多面形非圆轴孔连接数控磨削加工运动控制模型。提出一种多坐标联动基于圆心角分割的轨迹实时插补算法，给出了按型面曲率变化保持磨削表面速度均匀的进给速度实时自调整方法，成功地解决了多面形非圆曲面数控加工轨迹实时插补技术问题。     

Characterization of the annealed (0001) surface of sapphire (alpha-Al2O3) and interaction with silver by reflection electron microscopy and scanning reflection electron microscopy.

Annealed (0001) surfaces of single-crystal sapphire (alpha-Al2O3) rod have been studied in the electron microscope using reflection electron microscopy (REM), scanning reflection electron microscopy (SREM), and reflection high energy electron diffraction (RHEED). Annealed surfaces of (0001) sapphire are vicinal and characterized by close-packed (0001)-oriented terraces separated by faceted multiple-height steps, with edges parallel to energetically preferred low-index directions (less than 1010 greater than and less than 1120 greater than). These structural features are not seen on cleaved surfaces or polished surfaces treated at temperatures less than 1,250 degrees C. Oxygen-annealing produces clean surfaces which prove useful for investigating the interaction of deposited metals with the (0001) sapphire. Both REM and SREM (with microdiffraction spots) techniques have been used to observe fine structure of flat Ag islands on the scale of 1-100 nm on the (0001)-oriented terraces as well as aggregations at the steps. A preliminary result on interaction with Cu is also included.     

基于类似形原理匹配轴测图

依据轴测图中存在的仿射不变性 ,提出 5个描述多边形拓扑和几何特征的特征向量 ,以这些特征向量为约束条件给出轴测投影下类似形的定义。提出基于类似形原理匹配轴测图新方法。基于类似形原理可将轴测图中的面分类。匹配过程限制在类似形基础上 ,可大大减少搜索范围。用拓扑结构定性分析类似形对图像中的噪声不敏感 ,用几何特征进行定量分析能反应轴测图的细小差别。该匹配算法能识别不同形状的目标 ,而且还可以区分形状相同但大小、比例不同的目标。实验结果表明该匹配方法是有效的。     

基于区域优化的等厚对接焊缝图像二值化方法

坡口镜面反射、多层多道焊坡口形貌复杂和飞溅等现象,使图像存在灰度级多、灰度分布不均和随机噪声等问题,为此提出了一种基于区域优化的等厚对接焊缝图像二值化方法。提出自适应定义ROI算法以缩减图像;基于邻域灰度极差值的分布,将ROI图像分为平缓和剧烈两区域;进一步以高质量二值化图像为目标,建立了区域判定优化模型,由最优结果确定焊缝光带区域,将该区域灰度均值作为阈值,完成二值化处理。实验结果的主观和客观评价较优,满足多层多道焊和多厚度规格钢板的实时性焊接要求。     

[成形过程仿真优化与集成计算材料工程]限定加热管布局的快速热循环注塑成形模具电加热系统优化

针对管道布局、最大允许能耗给定条件下快速热循环注塑成形（RHCM）注塑模具型腔表面快速均匀加热的问题,提出以单根加热棒热流密度为设计变量,以模具型腔表面升温效率和温度分布均匀性为目标,结合有限元模拟、响应面设计以及多目标粒子群优化技术来优化RHCM模具电加热系统。与优化前相比,加热系统优化后,模具型腔表面最大温差降低63.4%,加热系统总能耗降低9%。对比了不同注塑成形工艺条件下成形的平板塑件表面质量,结果表明,相对传统注塑成形（CIM）工艺,RHCM工艺将制品表面粗糙度Ra从320 nm降低到118 nm,并有效抑制了制品表面熔接痕、缩痕等缺陷;发现制品表面粗糙度与型腔表面对应点温度成负相关,说明优化后的型腔表面温度分布更有利于提升制品表面质量。     

Self-calibration of precision angle sensor and polygon mirror

The present paper describes a high-precision angle sensor and a new method for calibrating precision angle sensors absolutely without the use of any accurate reference instruments. Two angle sensors with compensating devices which compensate thermal drift of the light source are developed and calibrated by themselves. The repeatability error of the evaluated mean sensitivity was improved to 0.01% by the compensating device. The repeatability of the calibrated linearity error was reduced to 0.025 s (arc). This paper also describes a new differential method that can calibrate simultaneously the dividing errors of a polygon mirror and angular profile of polygonal surfaces by using the developed angle sensors. Calibration of a 24-sided polygon mirror showed the repeatability error of dividing angle and angular profile to be approximately 0.2 s (arc).     

Response surface methodology based on support vector regression for polygon blank shape optimization design

Optimization design for polygon blank shape has strong practical value, which can improve sheet metal forming performance and save material. Response surface method is presented to determinate the optimum polygon blank shape, which can enhance the efficiency of optimization design. In order to improve the precision of surrogate model for nonlinear engineering problem, instead of quadratic polynomial, support vector regression is used to build response surface. This method is demonstrated to be correct and efficient by successful optimization design for an automobile side wall inner top panel. The risk of cracking and wrinkling are obviously decreased after optimization. The blank area is also reduced by about 8.7 % after optimization. This method can advance the intelligent degree and process of die design, furthermore, reduce the production cost.