NURBS曲面造型与数控加工

以NURBS为数学模型,对曲面造型及加工系统进行了研究.在对各种算法分析、研究和改进的基础上,完成了一个集CAD/CAM于一体具有多种功能的曲面造型及加工系统,合理地将NURBS的主要核心配套技术和各种算法运用于NURBS造型系统中,通过交互方式成功实现了对多种曲线曲面(直线、圆弧、二次曲线、自由曲线、平面、二次曲面、旋转面、直纹面、雕塑曲面、截线面曲面、自由曲面、复杂组合曲面等)的造型生成.     

可展面展开方法及其应用

为解决工程实际中的曲面展开问题,以微分几何学中可展面展开的基本原则等相关理论为基础,提出锥面和切线曲面展开的理论方法。锥面的展开是利用单位球方法,确定直母线与平面上过定点射线之间的映射关系,进而展开曲面;切线曲面的展开则利用准线曲率在展开中的不变性,确定准线在平面上的展开曲线,再作与之相切的直母线,从而实现曲面的展开。两类可展面的展开方法均被应用于工程实际问题。其一是钣金工中方－圆类接头的展开问题。该问题的解决是锥面展开方法的成功应用;其二是螺旋输送器的核心部件－铰龙的展开问题,它是切线曲面展开方法应用的典型实例。     

空间曲线的从切线构成的可展曲面

给出曲线的从切面上的直线－从切线构成的直纹面Σ是可展曲面的充分条件，并根据曲线曲率，挠率的性质，得到几个结论。     

参数曲面上投影曲线的直接插补算法

用传统方法加工复杂曲面时，由于计算机数控系统的轨迹控制能力不强，过分依赖数控编程，因而带来很多问题．针对这种情况，文中针对参数曲面上以投影方式形成的空间曲线轨迹，提出了一种直接插补算法．应用该算法，可以实现对参数曲面局部加工区域内生成的刀轨的直接插补运算．该算法的实现提高了数控系统的轨迹控制能力．文中最后给出了一个曲面局部加工实例来对算法进行验证．仿真结果表明，给出的算法简单、可行而且有效．该算法也可以推广应用于曲面的整体加工．     

曲面展开CAD系统的设计与研究

通过建立各种曲面构件的数学模型，利用AutoCAD2000为平台，进行二次开发，设计了曲面展开CAD系统，从而实现展开图的自动绘制，并可用于数控切割加工．     

基于固定边界的直纹面构造近似可展曲面

对边界固定直纹面提出用重新参数化边界曲线的方法来提高直纹面的可展程度。首先对一类边界曲线为二次的直纹面，证明了用一次有理函数重新参数化边界曲线可以使直纹面真正可展，然后对其他的边界曲线分别为二次和三次的直纹面，给出了衡量其可展程度的目标函数，并用牛顿迭代法求出使目标函数极小的一次有理函数，用求得的一次有理函数来重新参数化边界曲线使直纹面实现近似可展。最后通过改进方法，对一些特殊情况引入了分段的一次有理函数来重新参数化边界曲线，使得直纹面的可展程度有了进一步提高。     

基于三维服装CAD的可展面实现方法

提出了应用单参数平面族的包络实现可展面的方法，在两曲线之间或曲线与曲面之间构造出光滑连续的可展面，使复杂曲面可展化，为其展开遵基础，该方法以计算机辅助服装原型设计过程中前片服装原型的可展化作为应用实例，取得理想结果。     

基于Catmull—Clark细分的曲面裁剪运算

曲面裁剪运算是CAD/CAM领域最重要、最复杂的问题之一,四边形网格在工程CAD/CAM的实际应用中较为广泛.文中基于Catmull-Clark细分,提出一种对平面四边型网格进行操作的曲面裁剪运算:在细分曲面求交完成后,采用局部修改交点处的控制网格拓扑结构和局部修正控制网格顶点位置的方法,实现了对Catmull-Clark细分曲面的裁剪运算.文中还给出了控制网格上任意点在细分曲面上的位置计算推导、裁减算法流程与应用实例.     

基于CAD/CAM的直轴方圆渐变段的设计与实现

给出了直轴方圆渐变段断面图及展开放样图的算法，并用C语言与AutoCAD的接口，实现了直轴方圆渐变段的计算机辅助设计，以及直轴方圆渐变段的钢板下料、焊接与安装的计算机辅助制造.     

空间机构中直纹约束曲面的性质分析

采用微分几何学的活动标架方法研究空间机构中的直纹约束曲面的性质及不变量与不变式，得到了一般直纹面成为定斜，定轴和常参数三类直纹约束曲面的充要条件，为空间机构分析和综合提供了理论依据。     

一种基于视觉的车道线检测与跟踪算法

提出了一种新颖的适用于自主驾驶系统的车道线检测与跟踪算法.该算法采用了广义曲线的车道线参数模型,能同时适应弯道和直道的检测.该检测算法最突出的贡献在于,没有仅仅使用单一方法求解各个参数,而是根据各参数的不同精度要求,分别使用自适应随机霍夫变换(ARHT)方法和禁忌搜索算法计算车道线模型中的各个参数,这样既准确计算车道线模型中的参数,也兼顾了车载系统的实时性要求.此外,为了提高算法的实时性,引入了多解析度的策略,以降低整个流程的时耗.最后,为了满足自主驾驶系统对稳定性的需求,还提出了一种基于粒子滤波器的跟踪算法.通过不同场景下进行的实验,充分表明提出的车道线检测与跟踪算法具有良好的鲁棒性和实时性,同时对不同的光照条件也有较好的适应性.     

一种提取曲面加工可行刀具方向的方法

着眼于自由曲面五轴ＣＮＣ加工中无干涉刀具接近方向集合的自动获取算法的研究，给出了一种基于凸包和适应性离散的采样算法，使得在干涉检查过程中，采样点的选取能适应曲面几何特征．在刀具路径的每个ＣＣ位置，自动给出可行方向的集合，减少干涉检查的人工交互，提高计算效率．该算法可以作为模具加工的并行工程框架中自动无干涉路径规划的支持工具．     

由椭圆近似画法引出的近似切线曲面

探讨一种特殊变形接头的近似展开法。当上下两口一个是圆，一个是椭圆，或上下两口都是椭圆时，两口间的曲面一般是切线曲面，作切线曲面的展开图比较麻烦。用近似法画出的椭圆是由几段圆弧连接而成。当上下两口都由圆弧组成，而且两口所在的平面相互平行时，两口间的曲面本文称之为近似切线曲面。研究结果表明，这里所指近似切线曲面，是由简单的可展曲面如锥面、柱面等组合而成，因而它的展开图法也变得比较简单。     

气泡堆积法生成曲线多边形区域非结构化网格及其应用

对气泡堆积法进行改进,发展了一种基于气泡堆积法生成曲线多边形区域非结构化网格的算法,将曲线边界映射为直线完成气泡添加和位置动态调整,再通过弧长参数化的方法将气泡位置映射回曲线边界,避免了移动调整过程中气泡偏离曲线的问题.提出了一种简便的判断点在复杂曲线多边形区域内的方法,简单且易于编程.通过添加不同大小的顶点气泡以及在内部设置人工点源,利用加权平均法实现了网格的局部加密.应用基于非结构化同位网格的SIMPLE算法对环扇形空腔顸盖驱动流进行了数值模拟,不同雷诺数下的计算结果与文献结果吻合较好.     

抛物线型切削面刀具切削性能二维有限元分析

为优化切削工具几何形状 ,降低工作阻力 ,提高工作效率 ,本文引入纵深比的概念 ,采用二维有限元法分析了抛物线型切削工具的切削性能 ,分析表明抛物线型切削工具比直线型切削工具在较宽的纵深比范围内都具有较优的切削性能 ,且其原因是抛物线型切削工具能够减小对切削刃底部材料的压实负功 ,而增加切削面前方材料的扰动正功 ,这为切削部件的优化设计提供了可靠的依据     

地铁曲线段Vanguard扣件减振效果分析

为研究Vanguard扣件在地铁曲线段的减振效果,以北京地铁5号线某曲线段为例,分别对DTVI_2扣件和Vanguard扣件下列车运行引起的地表振动响应进行现场测试.并通过建立相应的三维动力学数值模型对比分析了两种扣件在直线段和曲线段的地表动力响应特性和衰减规律.通过分析振动响应峰值、最大垂向计权Z振级及插入损失,研究了Vanguard扣件的减振效果.根据现场实测以及数值分析结果可知:列车运行引起的地铁曲线段地表动力响应高于直线段,圆曲线和缓和曲线的动力响应特性类似且量值接近;列车运行引起的地表横向及垂向动力响应随距线路中心线横向距离的增加而呈起伏式衰减;列车运行于DTVI_2扣件和Vanguard扣件的轨道上时引起的地表垂向振动响应显著的频段分别位于60Hz和30Hz附近;Vanguard扣件减振效果显著,对曲线段水平向振动响应的减振性能良好.     

B样条曲线数控R参数编程加工

针对802S等中低档数控系统内存有限、加工由B样条曲线曲面组成的复杂零件轮廓过程中所遇到的问题,研究了使用数控系统R参数编程功能及指令实现德布尔算法计算B样条曲线上任一点坐标值的方法,生成了较短的R参数数控程序加工代码。使得中低挡数控系统中存入缩短的复杂零件程序进行快速加工成为可能。最后经802S系统数控铣床实际加工运行凸轮样条曲线轮廓段R参数加工程序验证缩短程序正确。零件精度满足设计要求。     

用向量函数求解曲线积分和曲面积分

为了方便计算曲线积分和曲面积分,利用向量函数表示空间曲线和空间曲面,给出计算第一类曲线积分和第一类曲面积分的两个定理,并给予详细证明;最后,通过实例分析,说明其应用方法。     

直纹螺旋面短程线的计算机绘制

通过非线性方程求根与数值积分相结合的方法给出了直纹螺旋面短程线的数值解法及计算机绘制。     

曲线引擎设计

曲线在实时3D引擎中的作用主要是帮助描绘空间物体的运动轨迹和一些飞行模拟游戏中的飞行路径.同时,曲线也是构建曲面的基础,通常在给定一根空间曲线的情形下,我们就能够根据该曲线来描绘出一个曲面.因此,曲线实际上在幕后为许多基础应用提供支持.该文主要从引擎设计的角度出发,通过研究已有的各种曲线生成算法,并结合面向对象的编程思想和技术,设计出了一套可快速生成空间Bezier曲线、B-Spline曲线和细分曲线的曲线引擎.此引擎(包括曲线编辑器)的代码共5300多行,具有访问接口统一、简单、执行效率较高等特点,能够满足大多数实时3D引擎对效率的要求.