基于特征的几何建模系统及特征空间问题的探讨

本文介绍了基于特征的几何建模系统的组成,并从集合论的角度探讨了特征空间的定义、构成以及特征空间点的描述和各种变换,进而从理论上给予基于特征的几何建模系统一个初步的轮廓定义。     

一种基于位形空间理论的几何建模方法

基于李群李代数的位形空间理论，给出了常见特征的位形空间与基于特征原型位形表示的零件几何建模方法，建立了装配设计定位的数学模型，提出了基于零件几何模型及其位形表示的装配几何模型的建模方法。     

基于制造特征的三维工序模型构建方法

为了在零件加工过程中能给实现制造毛坯的动态演变,提出了一种基于制造特征的三维工序模型构建方法。首先,提出了一种制造特征库的构建方法,包括制造特征的表达、加工元的表达以及制造特征与加工元关联关系的定义。接下来,基于制造特征库,从零件的几何模型中自动获取制造特征的定位参数和定形参数,然后通过给定的刀具半径和加工余量,实现加工元的定位和实例化,与毛坯做布尔运算,生成三维工序模型。最后,通过实例验证了该方法的有效性和可行性。     

多头螺杆泵几何建模方法研究

假设在已知多头螺杆泵断面具体型线方程的条件下,即不讨论多头螺杆泵的断面的具体型线方程,沿多头螺杆泵的轴向给出了螺杆泵的定、转子型面表述矩阵方程式.在确定了螺杆泵转子断面的具体型线方程后,就可以很方便地进行螺杆泵的定、转子空间型面的数学建模,为其数控加工程序的编制和型面精度测量提供理论依据.     

基于MBD的工序模型建模方法研究

近年来,基于MBD的三维工艺得到了广泛重视,但由于三维工艺与二维工艺的设计模式有很大的不同,尤其是基于三维工序模型的工艺表达与传统二维工艺模式相比存在较大差异,导致三维工序模型构建缺乏可借鉴的依据。基于此,为保证工序模型的建模质量,在NX环境下开展了基于MBD的工序模型建模方法研究,为工序模型的准确建模提供一系列解决方案,进而为相关企业应用三维工艺提供借鉴。     

几何边界元的细微度和几何模型的细微特征分解

对几何模型进行适当的简化是建立理想有限元分析模型的一个必不可少的步骤,而区分几何模型中的结构特征相对大小是几何简化的关键。对几何模型的边界进行等半径整体倒圆（将这种操作称为“弧化”）具有几何形体的低通滤波作用,通过比较弧化前后的几何模 型,可以确定几何边界元在构成整个形体的重要程度,即几何细微度。以二维图形为例, 说明利用弧化来量化几何边界元的细微度的原理,并提出了以细微边界元为线索识别和 分解细微特征的方法。在细微边界元识别和细微特征分解交替进行的过程中,任意用边界表示法表示的几何模型可逐步简化到任意程度。提出的方法是从设计模型中提取分析几何模型的一种有效工具。     

基于历史过渡特性的新过渡模态建模方法

传统的统计过程质量控制是通过检测和采集大量的过程质量特征数据以实现过程质量控制,过渡过程在短期内无法获得充足的建模数据,导致统计错判概率增加.研究了多模态生产过程中的过渡模态建模特征,提出了一种基于历史过渡模型相关特性的新过渡模态建模方法,充分利用已有过渡模型中所蕴含的过程特性,弥补新过程数据不足无法准确描述新过渡过程特性的缺点,可准确描述新出现的未建模过渡模态.通过在田纳西-伊斯曼过程中的仿真结果证明了所提出方法的可行性和有效性.     

变距螺杆的几何建模与仿真加工

基于包装输送装置对分件供送螺杆的功能要求,选择三段组合式变距螺杆作为研究对象,对螺杆的运动规律进行了分析,给出了三段组合式变螺距螺旋线的数学方程,利用Pro/E建立了变距螺杆的数学模型,并采用CAM软件进行了仿真加工.     

基于体重构的过渡特征抑制算法

为抑制边界复杂的过渡,提出一种新的过渡特征抑制算法.该算法基于体重构实现过渡特征的抑制,避免直接处理过渡的复杂边界.在边过渡抑制过程中,首先根据过渡面结构重构过渡体,然后布尔操作原模型与过渡体实现边过渡抑制.通过进一步的局部几何分析及处理,该算法不但能抑制小半径的常规过渡,而且能抑制大半径的相交过渡.此外,算法还基于点过渡周围支持面的边界重构实现点过渡抑制.实验结果表明,该算法简单、通用,能有效地抑制实际工程模型中的过渡特征.     

基于装配特征的装配建模

提出了一种基于装配特征的零件装配模拟方法,设计者只需指定参与装配的两个零件上装配区域内的任一面,就可以自动完成零件装配的整个过程,在两个零件模型中,参与装配的面集及对应关系确定以后,零件装配的过程包括装配自由度,装配基面的确定及装配特征坐标系的建立等即可自动完成,在并行协同设计中,零件参数改变后,可以实现零件的完全自动装配,而不再需要设计者的任何操作。     

一种保持特征的网格简化算法

针对网格简化算法中出现的细节特征丢失、简化结果过于均匀以及计算复杂等问题,从原始模型的几何特征出发,对待折叠三角形与其邻域内三角形的形状与位置关系进行研究,对三角形折叠点到其三个顶点的偏离程度进行总结,提出了一种基于三角形折叠的保持模型特征的网格简化算法。该方法根据目标三角形各顶点邻域三角形的不同,为其3个顶点分配相应的权值,由各顶点权值的大小最终确定三角形折叠点坐标,然后以二次误差测度为度量标准计算出每个三角形的折叠代价,再结合三角形局部面积比、局部区域不平度以更好地控制简化结果。实验结果表明:该方法能够降低计算的复杂度、提高简化速度,使模型的特征区域和非特征区域均保持一定的简化率,并较好地保持了原始模型的细节特征。     

特征提取的点云自适应精简

作为一种反映物体形貌的三维信息,点云数据的原始数据量十分庞大,直接对过多的数据进行操作会影响后续重建等工作。本文提出了一种新的点云特征提取自适应精简算法。首先对原始点云进行空间划分,构建点的k邻域,设置特征参数,进行特征分析,识别不同区域的信息和数据。然后针对平面数据预先进行边界的检测和提取,对剩余部分进行精简。最后,针对非平面区域,先提取特征,再根据曲率的不同进行不同程度的精简。办公室数据扫描实验结果表明,处理大小为百万以内点的点云模型可以在几秒之内完成,精简比能够达到90%以上,与原始数据间的误差较小:平面部分在精简前后平均偏差均在0.02mm以内,波动很小,为0.005 7mm;非平面区域精简前后的平均偏差均在0.08mm左右,差值仅为0.000 3mm,精简精度得以保证。因此,利用提出的算法处理后的数据能更好地展示物体的形貌。     

基于STEP的XML特征建模方法研究

针对网络环境下产品数据的交换与共享,为实现产品信息的统一表达和网络传输、建立产品信息的网络化通用模型以及提高产品信息的后处理性,提出了基于产品模型数据交换标准的可扩展标记语言特征建模方法。首先,在详细分析产品模型数据交换标准特征框架的基础上,分解产品结构,并将其映射为相应的产品特征,完成产品信息的特征表达,建立完整的特征模型;然后,确定产品特征由EXPRESS到可扩展标志语言的映射规则和方法、可扩展标记语言特征建模框架和过程以及可扩展标记语言文档的解析与网络实现等,从而实现产品信息在网络环境下的产品信息传输、交换和共享。最后,通过Internet信息服务管理器平台建立了该方法的应用实例。     

面向集成的特征建模技术研究

针对基于特征的设计与制造集成的产品建模要求,提出几何模型与工程属性数据分离,并通过指针、引用建立关联的模型结构.该模型将数据统一管理,零件属性信息以独立于模型的XML(可扩展标记语言)文件形式保存.不同阶段所需信息通过XML文件进行传输.几何模型数据来源于特征库中的特征和用户自定义特征,以及人工输入的工程信息.在统一的产品模型数据源下,建立包含产品设计与制造信息的集成模型,为实现CAD/CAM集成提供数据.     

基于Solid Edge软件的产品三维特征造型设计方法

阐述产品三维特征造型设计的基本方法,并以录音笔的设计为例,介绍了基于SolidEdge软件进行产品设计和建模过程.     

多边形网格模型简化算法综述

系统介绍了多边形网格模型简化算法,给出了基本术语和算法分类,在此基础上对各种算法的优缺点进行了分析,然后根据误差控制、简化速度等指标对各种算法进行了对比,并对简化算法的选择给出了相应的建议,最后对简化算法在产品异地协同设计中的应用以及深层次问题进行了探讨.     

发动机凸轮轴的制造特征信息分析和建模

在对CAD／CAM技术及机械制造技术进行研究的基础上，针对发动机凸轮轴的结构和加工制造的特点，对其产品的制造特征信息进行了研究，重点分析了其凸轮外形轮廓，并应用Pro／Ensineer作为基础软件环境，实现了产品特征信息模型的建立，为凸轮轴的计算机辅助工艺过程设计(CAPP)提供所需的特征信息和加工数据。     

面向装配的特征层次建模方法研究

为了避免不同建模方法导致同一产品在不同设计者之间和不同设计过程中数据不一致的问题,提出了基于装配单元的特征层次建模方法。该方法将传统装配层次结构模型中的单一零件和子装配体统一为装配单元,作为组成产品的一个基本单元,构造了基于装配单元的产品模型。采用面向对象技术,以装配单元作为装配信息的载体,对不同类型装配单元的装配信息采用相同的层次结构进行了组织和存储。在每个装配单元中,采用类继承的方法,可以方便地查询到该单元最基本的组成体素。以球阀产品为例,详细介绍了装配单元的装配特征层次模型的建立方法,为保持设计过程中产品装配数据的一致性提供了保障。     

非均匀有理B样条曲线多分辨率特征几何建模研究

NURBS曲线的几何建模,传统方法是通过模型的控制顶点对曲线进行操作、编辑和处理,繁琐费时,使NURBS曲线的设计变得十分困难。基于一种新的半正交非均匀B样条小波多分辨率技术将单一尺度几何空间变换到多尺度空域和频域空间,NURBS曲线的整体结构和局部细节被转化为曲线的多尺度整体特征和细节特征。通过对这种多尺度特征的编辑、操作和处理有效实现NURBS曲线的几何建模。     

Coach simplified structure modeling and optimization study based on the PBM method

For the coach industry, rapid modeling and efficient optimization methods are desirable for structure modeling and optimization based on simplified structures, especially for use early in the concept phase and with capabilities of accurately expressing the mechanical properties of structure and with flexible section forms. However, the present dimension-based methods cannot easily meet these requirements. To achieve these goals, the property-based modeling (PBM) beam modeling method is studied based on the PBM theory and in conjunction with the characteristics of coach structure of taking beam as the main component. For a beam component of concrete length, its mechanical characteristics are primarily affected by the section properties. Four section parameters are adopted to describe the mechanical properties of a beam, including the section area, the principal moments of inertia about the two principal axles, and the torsion constant of the section. Based on the equivalent stiffness strategy, expressions for the above section parameters are derived, and the PBM beam element is implemented in HyperMesh software. A case is realized using this method, in which the structure of a passenger coach is simplified. The model precision is validated by comparing the basic performance of the total structure with that of the original structure, including the bending and torsion stiffness and the first-order bending and torsional modal frequencies. Sensitivity analysis is conducted to choose design variables. The optimal Latin hypercube experiment design is adopted to sample the test points, and polynomial response surfaces are used to fit these points. To improve the bending and torsion stiffness and the first-order torsional frequency and taking the allowable maximum stresses of the braking and left turning conditions as constraints, the multi-objective optimization of the structure is conducted using the NSGA-II genetic algorithm on the ISIGHT platform. The result of the Pareto solution set is acquired, and the selection strategy of the final solution is discussed. The case study demonstrates that the mechanical performances of the structure can be well-modeled and simulated by PBM beam. Because of the merits of fewer parameters and convenience of use, this method is suitable to be applied in the concept stage. Another merit is that the optimization results are the requirements for the mechanical performance of the beam section instead of those of the shape and dimensions, bringing flexibility to the succeeding design.