一种离心叶轮三维叶片的快速成型方法

为了缩短离心叶轮叶片的三维设计周期，实现闭式离心叶轮自由曲面叶片的三维快速成型，本文提出了一种基于叶片中间面的自由曲面叶片快速成型方法。首先，采用三次均匀B样条理论对叶片中间面曲线坐标进行双向加密重构；然后，结合空间曲线参数方程及空间矢量相加法，则以重构后的中间网格面为基准建立初始叶片三维网格模型；最后，采用叶片中间面曲线坐标点绕轴旋转形成的空间曲线和初始叶片三维微元网格求交，求解获得单个自由曲面叶片曲面离散坐标。整个叶片三维建模过程可实现不同前、尾缘及厚度形状组合的离心叶轮三维叶片快速成型；该方法和传统的CAD建模方法相比，其调整叶片形状更加快捷便利，不仅能够提高离心叶片三维建模精度和效率，而且为叶片三维模型设计及优化提供了帮助。     

AutoCAD三维模型尺寸标注方法及技巧

应用AutoCAD进行三维模型尺寸标注时由于没有提供专门命令，只能借助二维尺寸标注命令进行标注，这样在标注三维模型尺寸时有一定难度并且容易出错。结合实例介绍了三维模型尺寸标注方法、技巧和规律，找出了文本方向与坐标系 X轴、Y 轴和Z轴的关系。     

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。     

后掠式叶片气动外形优化设计

后掠式叶片具有载荷自适应性，提出了一种以自然样条曲线为后掠曲线，以扭角为优化参数的后掠式叶片优化设计方法。以直叶片模型为设计起点，通过Profili软件获得叶片的截面数据并计算叶片翼型在不同攻角下的升力系数与阻力系数，以叶片功率系数最大以及叶片根部载荷最小为优化目标，采用遗传算法对叶片进行优化设计。根据优化结果获得的参数，建立后掠式叶片三维模型，在ANSYS Workbench中建立流场模型进行仿真分析得到叶片模型的压力分布情况。结果表明，通过对扭角、后掠值进行优化，后掠叶片模型对比直叶片模型其受到的载荷有所减小，优化设计方法可以用于指导后掠叶片的设计。     

基于CATIA二次开发的风电叶片三维建模

风电叶片的模型结构较为复杂,手工进行三维建模工作需花费较多的时间和精力,为实现风电叶片的自动化建模,提出了一种基于CATIA的风电叶片建模方法。首先通过NACA软件得到翼型的原始坐标,然后经过从弦线坐标系到叶片坐标系的坐标转换,得到翼型实际空间坐标,最后在CATIA中建立风电叶片的三维模型。根据上述建模方法,基于Visual Basic平台对CATIA的二次开发功能,通过编制程序生成具有自动建立风电叶片三维模型的软件。应用实例表明:所开发的软件能快速、高效、智能地建立风电叶片三维模型,并具备生成各种不同的风电叶片外形模型的功能。     

基于SolidWorks离心泵扭曲叶片三种精确建模方法

介绍了基于Solid Works对离心泵扭曲叶片三种精确建模方法。利用该方法可以精确地获得离心泵叶片的三维模型,供三维成型打印机快速造型和CFD流场分析,也可应用于数控机床对叶片表面进行精确数控加工,以确保叶片表面各型线与设计数据完全一致。     

涡轮叶片三维气动优化设计

根据五次多项式叶片造型方法进行叶型参数化，得到涡轮叶片的参数化模型，采用N—S方程进行三维流场计算，使用模拟退火算法和序列二次规划算法相结合，以涡轮气动效率为目标进行了优化，优化结果显示涡轮气动效率得到提高。算例表明文中涡轮叶片参数化方法是可靠的，文中提出的叶片三维气动性能优化方法是可行的。     

兆瓦级风力发电机叶片的气动特性分析

以1.5MW风力发电机为例,论述叶片与来流空气之间的相互作用(气动特性)。首先建立气动模型,采用数值模拟方法对叶片翼型的三维动态绕流流场进行计算。然后以叶片表面边界层理论分析的结果为基础,给出三维旋转效应对气流分离影响的解析关系,为准确计算旋转叶片的气动载荷提供基础。最后在叶片三维紊流风场下建立紊流风模型以及气动载荷计算模型。     

基于Solidworks轴流泵叶轮叶片的三维建模方法

轴流泵叶轮叶片是一种特殊的曲面零件,这种零件的几何造型是三维建模中的重点和难点。基于Solidworks的三维建模功能,研究了轴流泵叶轮叶片的三维建模方法,并以具体实例实现了轴流泵叶轮叶片的三维模型。     

AutoCAD中由三维模型创建轴测图和二维投影图的改进

对AutoCAD中由三维模型生成二维工程图的方法进行了改进，形成由三维模型生成轴测图和多面正投影图的完整方法和技巧，这种方法所得到的轴测图和正投影图，可以对其更加方便地进行各种编辑，是一种适用的方法。     

在轨替换单元杆锥式三维碰撞动力学行为

为研究在轨替换单元与目标航天器定位导向过程中的接触碰撞动力学行为,以配备有杆-锥式定位导向结构的目标航天器与在轨替换单元(ORU)为研究对象,考虑定位导向机构的结构特点与实际定位过程的位姿状况,建立了航天器与ORU定位导向过程的三维碰撞动力学模型(NE-CR-LN三维接触动力学模型),并推导了三维空间中锥-杆间碰撞检测方程。该模型应用矢量分析方法,考虑锥-杆导向系统的自身特点将其划分出四种不同的接触工况。通过将模型数值结果同LS-DYNA仿真结果及文献模型进行对比分析,验证了NE-CR-LN动力学模型的正确性。针对ORU的定位要求,进行典型定位导向工况下的接触碰撞仿真及试验分析,导向仿真过程和动态分析结果表明,NE-CR-LN三维接触动力学模型可以在一定条件下模拟实际接触碰撞过程。     

基于旋转体视的润滑油固体颗粒污染物三维外型检测

为了深入研究固体颗粒污染物的特性以及对摩擦副滑润、磨损影响的机制,确定固体颗粒的三维特征变得十分重要。针对固体颗粒三维外型特征的测量,首先研究了旋转体视显微检测理论,利用四元数表示法描述了绕任意轴旋转的旋转体视模型,根据该模型提出了成像极线几何关系,并由极线几何约束引出F矩阵来计算三维坐标点。在旋转体视显微检测的理论基础上,提出了旋转体视显微检测系统总体方案、硬件组成和软件功能模块,进行了系统开发与实现,并对固体颗粒进行了旋转体视显微检测应用研究。研究表明:旋转体视显微检测系统实现了对润滑油固体颗粒污染物的三维外型检测,可以计算出三维坐标点,最终恢复得到固体颗粒的三维模型。     

自适应蚁群算法在轮式机器人三维路径规划中的应用

为了优化轮式机器人三维路径,进行了特殊三维空间有效路径设计,提出了自适应蚁群算法(AACS)。并将该算法应用于三维空间机器人路径规划中,将轮式机器人所处位置与目的点之间的空间划分成带有坡度角的立体网格,定义其有效路径,形成TSP模式。自适应蚁群按TSP模式搜索从原点到目的点之间的最短路径。实验表明:自适应蚁群优化方法克服了传统蚁群算法易陷于局部极值、搜索质量差和精度不高的缺点,提高了收敛速度和精度,输出稳定性好,可以解决轮式机器人在三维实际工作环境中的路径优化问题。     

Comparative two- and three-dimensional finite element modelling techniques for tibial fractures

Often the choice of a two-dimensional modelling approach over a three-dimensional approach is made on the basis of available resources, and not on task appropriateness. In the case of simulating the mechanical behaviour of irregular anatomical structures in biomedical engineering, the authenticity of two-dimensional model behaviour and the interpretation of model solutions is of particular concern since little comparable two-dimensional and three-dimensional data have been published. As part of a research programme, a comparison was made between two-dimensional and three-dimensional finite element models (FEMs) that examine the stress-strain environment of a clinical bone fracture and callus. In comparison with the three-dimensional model, the two-dimensional model substantially underestimated peak compressive principal stresses in the callus tissue and peak equivalent strains. This was a consequence of geometrical and structural asymmetry in a plane perpendicular to the two-dimensional model. However, the two-dimensional model predicted similar patterns of stress and strain distribution to the corresponding mid-longitudinal plane of the three-dimensional model, and underestimates of peak stress and strain were much reduced. This confirmed that despite the irregular geometry and structure of the subject, the two-dimensional model provided a valid mechanical simulation in the plane of the fracture that it represented.     

一种改进的灰度重构形状光照模型及其实现

针对基于灰度重构形状的表面三维重构方法中重构精度不高的问题,提出一种改进的光照模型。该模型不仅改进了物体表面的漫反射分量,而且考虑了物体表面镜面反射分量对表面重构所产生的影响,把漫反射分量和镜面反射分量线性叠加。采用有限差分法离散改进光照模型中的变量,再利用Jacobi迭代法求解改进光照模型,得到物体表面点的重构高度值。以金属半球图像为例,分别采用改进的光照模型和传统光照模型进行三维重构。通过结果分析表明,采用改进的光照模型提高了重构精度,重构后的高度误差降至1 2.1 9%。     

齿轮误差三维评定方法

研究了齿轮误差三维评定方法,以消除测量仪器定位误差对齿轮误差评定的影响,提高齿轮测量仪器的测量精度。分析了传统齿轮二维评定方法的弊端,提出将齿轮误差评定从二维评定模式转变为三维评定模式。该评定模式不再要求齿轮各项误差测量点位于特征面内,实现了三维空间内的齿轮误差测量与评定。为提高齿轮三维误差评定算法的效率,通过螺旋降维方法将三维数据降至二维数据,再对二维测量数据进行各项误差的评定。以特大型齿轮激光跟踪在位测量系统作为实验对象,对4级标准齿轮的齿廓误差进行了测量,并与传统的齿轮二维误差评定方法以及德国ZEISS公司InvolutePro软件的评定结果进行了对比。结果表明:传统齿轮二维误差评定方法有较大误差,三维齿廓评定方法与德国ZEISS公司InvolutePro软件评定结果一致,精度达到0.1μm,证明了提出的齿廓误差三维评定方法完全正确,可以消除仪器定位误差对测量结果的影响,提高了测量仪器的测量精度。     

水平轴风力机叶片表面积灰厚度对三维气动特性影响的数值模拟

采用数值模拟方法分析了叶片表面积灰厚度对风力机三维气动特性的影响。首先,采用CFD软件包FINETM-TURBO建立风力机的三维模型,模拟叶片表面光滑的情况下风力机的三维气动特性,并与文献实验数据进行比较,验证了该模型的有效性。然后模拟了积灰厚度变化对风力机三维气动特性的影响,得到了不同积灰厚度下叶片的压力分布、速度分布的变化。结果表明,叶片表面积灰厚度对风力机叶片气动特性有较大影响:随着积灰厚度的增加,叶片两侧大部分区域风速减小,气流运动无规律性增强,压力面与吸力面压差减小,风力机效率降低。     

三维线弹性连续体的结构拓扑优化设计

研究了基于水平集模型和SIMP方法的三维线弹性结构的拓扑优化方法，优化模型的目标是结构的柔度最小。引入水平集模型隐含描述具有复杂拓扑关系的三维线弹性结构的几何边界，以材料域的形状为变量进行灵敏度分析，构造水平集方程的速度函数，通过几何边界的演化获得结构的最优形状和拓扑。同时研究了基于SIMP方法的三维连续体结构的拓扑优化设计。对基于水平集模型和SIMP的拓扑优化方法的数值算例进行比较，结果表明，基于水平集的三维结构拓扑优化具有光滑的几何边界，数值算法稳定。     

涂装电泳槽内汽车驾驶室的运行阻力数值模拟

分析了对汽车驾驶室在涂装电泳槽中运行阻力进行数值模拟的必要性。基于商用软件FLUENT商用软件平台,针对汽车驾驶室在涂装过程的实际工况,建立了三维和有限容积模型,对流动现象分析后建立了理想、不可压缩非定常流动的力学模型,并采用动网格、UDF(User-Defined Function)和VOF(Volume Of Fluid)相结合的技术,对汽车驾驶室在涂装电泳槽中的运动进行了流场模拟分析,获得汽车驾驶室在涂装电泳槽中运动过程受到的阻力,从而为涂装生产线中驱动元件的设计奠定了基础。     

基于虚拟原型的管径激光检测机器人运动仿真

为直观分析天然气管道内径激光检测机器人在管道中的运动工况,基于CAD软件绘制了机器人三维模型,并对其进行了受力分析;运用LabVIEW编写了控制程序,并设计了简单、直观的人机交互界面;应用NI公司的运动模拟软件,建立了三维模型与控制程序的连接,通过设定运动参数和运行控制程序,实现了机器人虚拟模型模拟物理原型的运动仿真。使用虚拟原型技术,改进和优化了设计结构,缩短了研发周期,减少了加工成本,在项目前期工作中具有重要意义。