面向车身结构分析的骨架驱动模型变形方法

提出一种面向车身结构分析的骨架驱动模型变形方法,实现有限元模型的有效重用.根据给定车身结构有限元模型的几何特点,定义描述车身结构的骨架曲线与包围车身结构的控制体.建立骨架曲线与模型控制体的约束关系,用户可对骨架曲线进行编辑,得到目标控制体形状.最终应用体变形方法,重构内嵌的有限元模型.数值实例表明,骨架驱动的模型变形方法能够实现有限元模型的有效重用,并为用户提供了直观便捷的交互方式.     

基于骨架驱动的网格模型变形方法

为更好地实现网格模型的约束变形,结合仿射变换思想和广义元球变形技术,提出了一种基于骨架驱动的网格模型变形方法.在确定兴趣区域后,通过创建兴趣区域网格模型的骨架模型,将兴趣区域上的网格顶点映射到骨架线上;然后,根据需要选择相应的带势函数的变形模型(旋转、平移或缩放),并给出变形目标;最终根据兴趣区域网格顶点与骨架的映射关系,计算出网格顶点变形后的新位置,得到变形结果.针对平移变形出现的失真问题,运用旋转修正方式进行了修正.试验结果表明,该方法直观、有效,并能很好地保持网格模型的局部特征,可灵活地实现网格模型的旋转、平移、缩放等变形操作.     

基于稀疏优化模型的网格逼近

提出了一种新的基于稀疏优化的网格逼近方法,使得三维几何物体可以由用户指定的合理的面片数的平面多边形来近似表示.该方法首先对输入的三维网格的面片法向进行L_0模优化,然后根据优化后的面片法向信息来驱动顶点位置更新.其次,对现有模型进行面片聚类.最后提出了一个基于全局顶点的稀疏优化模型.通过约束聚类边界顶点梯度L_0模最小对网格进行平面多边形逼近.大量的网格简化结果证明了所提出的优化模型与方法的有效性以及稳定性.     

基于特征保持和二次误差测度的网格简化

目的解决目前网格简化算法不能很好地保持原始网格几何特征的问题。方法基于二次误差测度简化算法,在计算折叠代价时引入网格模型顶点的绝对曲率,同时采用半边折叠操作。结果提出的算法能够有效地达到特征保持的目的,减少了简化过程中模型的存贮量。结论将顶点的绝对曲率概念引入二次误差计算,在保持简化误差的同时,能够更好地保留网格模型的几何特征。分割和并行化处理将是今后需要解决的问题。     

一种快速可重用的三维头发模型建模方法

目的提高三维头发模型建模效率和真实感,实现模型快速重用。方法提出一种基于统一头皮网格参数域的快速可重用的三维头发模型建模方法。在创建统一头皮网格参数域的基础上,采用发型约束控制发丝形变、从而构建原型头发。通过头皮网格约束域和虚拟角色模型参数实现发型约束参数迁移,允许原型头发的快速重用。结果与现有方法相比,该方法能够利用原型头发建模阶段的发型约束参数实现原型头发快速重用,避免了重用时再提取原型头发特征的过程。结论能够创建造型丰富的三维原型头发模型,并在不同虚拟角色模型上实现快速重用。     

半边崩溃简化的多分辨率网格生成算法

提出了一种多分辨率网格的简化生成算法,对传统方法从两个方面进行了改进。首先,以三角形面片的法向量夹角为几何特征,对整个三角网格表面进行区域分割,使和给定种子面片具有相近几何特性的三角形网格能划分在相同的子区域;然后,以顶点重要度为准则,对所分割子区域内的三角形网格进行半边崩溃简化操作,以退化三角形面片的寿命值为依据,进行表面多分辨率的层次细化。为避免网格密度小的区域过度简化,各子区域内的网格简化按比例进行;同时边界点不能被崩溃替代,以防止模型在边界处发生变形。实验结果表明,该算法边界保形效果好,多分辨率网格生成效率高,占用存储空间小。     

基于六边形网格细分算法的自由曲面构造方法

为了实现高清晰的3D图像的制作以及各种机械器件A级曲面的构造,通过以六边形网格细分理论为基础,在图形顶点的几何推理约束限制条件下,改进几何推理技术,并将自由曲面构造中的FFD方法与派生曲面构造法相结合,最终提出了一种新的自由曲面构造方法.结果表明,自由曲面构造方法有效地构造出了具有逼真的立体感和动态效果的3D图像.     

利用顶点预测方法实现三维网格的保形简化

针对产品的三维表面用三角网格来表示时,三角形数量巨大的问题,提出了一种基于顶点预测的三角形折叠简化方法。首先根据网格模型的每一个顶点与其周边元素之间的几何拓扑关系,运用投影预测方法来预测三角形折叠的折叠点坐标,然后运用线性插值算子对折叠点坐标进行调整。为进一步保证简化后模型的质量,在采用距离误差控制的同时,引入了角度误差控制方法。实验结果表明,该简化算法在减少模型的三角形数量的同时,有效地保持模型特征,保证了模型表面的光顺。     

分区变形与多重约束结合的面皮层次点对应方法

针对颅面统计复原中基于面貌形态几何特征建立三维面皮间生理点对应关系的难题,提出几何模板分区变形与多重约束结合的三维面皮层次点对应方法(HCRDM).该方法根据人脸生理结构特征点定义一套五官分区几何模板,以实现面皮分区半自动化;根据特征点的严格对应关系,利用径向基函数对样本面皮各分区变形;为近似重合的各分区建立体素模型,逐次选取特征显著的模板顶点作为待对应点,利用模板顶点间局部相对位置几何约束确定样本分区中对应点候选集;根据局部几何特征加权距离确定最优对应点;结合几何约束与微分特征距离约束实现边界区域点对应.实验结果表明,HCRDM较已有的三维面皮点对应算法准确率提高了10％以上.     

一种特征保持的自适应三角网格模型光顺算法

提出了一个基于双边滤波器的特征保持的自适应三角网格模型光顺算法，该算法为了加强保持特征的效果．结合网格局部顶点一阶邻域的几何特征并将改进后的双边滤波算子应用于顶点的位置更新操作．在光顺过程中有效地避免了三角网格模型的过度光顺现象．给出了几个实验实例来说明该算法在去除网格噪音的同时保留特征的有效性．     

3D Engineering Model Retrieval Based on Enhanced Shape Distributions

To reuse and share the valuable knowledge embedded in repositories of engineering models for accelerating the design process, improving product quality, and reducing costs, it is crucial to devise search engines capable of matching 3D models efficiently and effectively. In this paper, an enhanced shape distributions-based technique of using geometrical and topological information to search 3D engineering models represented by polygonal meshes was presented. A simplification method of polygonal meshes was us...     

FFD方法在气动优化设计中的应用

本文将基于弹性体变形思想的FFD(Free Form Deformation,自由变形)方法引入飞机气动外形优化设计中,为气动优化设计提供了一种快速、有效的参数化方法和自动网格生成方法.对FFD方法的原理进行分析,归纳了FFD方法的特点;将FFD方法应用于几何外形参数化和空间网格自动生成中,建立了基于FFD方法和遗传算法的翼型优化设计系统以及基于FFD方法、遗传算法和Kriging代理模型的翼根整流包优化设计系统;分别对NACA0012翼型和DLRF4翼身组合体翼根整流包进行减阻优化设计,优化结果得到了显著的减阻成效,证明了FFD方法在气动优化设计中有很好的应用效果.     

汽车后悬架的非线性有限元分析

介绍了非线性有限元分析的基本概念和求解思想，利用ANSYS有限元分析软件的接触非线性求解功能，对SC1020汽车后悬架钢板弹簧的强度和刚度进行了考虑接触状况的静强度分析，得到各片钢板弹簧在总装配后的预应力分布、预变形、在不同载荷作用下的应力分布和变形情况，并在此基础上计算了钢板弹簧的力学性能和动态特性，并且和试验结果符合得很好。分析结果表明：利用CAE分析技术有助提高汽车悬架设计水平、缩短设计周期，减少开发成本。     

基于光流和多层次B样条自由变形的医学图像鲁棒形变配准

为了跟踪肿瘤病灶对周围正常组织挤压变形,以及脑部手术软组织变形对手术的影响,提出了光流估计框架下的多层次B样条自由变形鲁棒形变配准方法.利用光流法约束下的多层次B样条自由变形,通过加密局部控制点以加强局部形变,能有效建模肿瘤信号及异常变形区域的局部较大形变.通过引入鲁棒估计,给予异常信号(病灶、灰度突变或形变不连续区域)以较小的权值,可减小图像灰度差异、局部不连续形变场所造成异常信号对形变配准优化的不利影响.采用了L BFGS方法,可减少内存开销,提高优化速度.实验表明：形变配准算法得到了较好的效果,可较好建模术前和术中脑部医学图像的形变,本配准算法可用于指导图像导向手术.     

Inelastic Deformation Analysis of Aluminum Bending Members

Introduction Aluminum alloys are typical nonlinear metallic materi- als. The stress-strain relationship for such materials is characterized by the continuity between the quasi- elastic and the inelastic hardening behavior (see Fig. 1).The constitutive equ…     

变截面桥墩复合振动基频近似算法

为了快速准确地估算出桥墩的振动基频,在瑞利法和Southwell频率合成法的基础上导出了变截面桥墩复合振动基频的计算公式.将基频表示成各惯性元和复原元所组成子系统的频率合成,其中惯性元为墩身分布质量和墩顶集中质量;复原元包括基础变形、墩身弯曲和剪切变形.然后用有限元建模来验证该方法,并分析了不同变截面系数和墩顶附加质量比对桥墩基频的影响.计算结果表明,导出的公式与有限元计算结果很接近.该方法适用于各种基础类型的桥墩和高耸结构基频的估算.     

基于自由变形技术的Ahmed模型气动减阻优化

针对目前汽车气动减阻中基于工程师经验的试凑法所存在的盲目性和低效率,以及气动优化设计中车身曲面难于参数化等问题,将自由变形方法引入汽车气动减阻优化设计中,为减阻优化设计提供一种快速、有效的参数化方法.文中以外形简单的Ahmed模型为研究对象,根据正交试验设计构建样本空间,采用FFD方法对各样本点模型进行参数化,通过CFD仿真获得各样本的气动阻力系数;建立3种常用的近似模型,选择可信度最高的RBF模型构建近似模型,采用多岛遗传算法求解近似模型的最优值,根据优化结果重新构建最优模型并采用CFD计算其气动阻力系数.计算结果显示优化后的Ahmed模型气动阻力系数减少了51.96%.      

高速铁路RPC格构型轨道板的设计与仿真分析

分析了活性粉末混凝土RPC(Reactive Powder Concrete)材料的特性和普通混凝土轨道板的缺陷,在此基础上提出了将RPC这种超高性能的材料应用于轨道板的思想.根据设计荷载作用下轨道板的受力特点,建议采用格构型RPC轨道板,并给出了其设计图.利用有限元软件建立了不同类型板式轨道的三维空间模型,对其力学性能进行了研究,通过对不同类型轨道板应力位移的比较分析,证明了采用RPC格构型轨道板是合理和安全的,为我国高速铁路和客运专线板式轨道的设计提供参考,同时也为RPC材料在工程结构中的应用开辟了新的研究空间.     

基于UG预处理的ANSYS有限元分析方法

为克服大型复杂构件使用ANSYS进行有限元分析时实体模型建立过程中的困难,将计算机辅助设计软件UG与有限元分析软件ANSYS结合起来,在UG中完成实体模型的创建、有限元模型的生成、材料属性的设置以及边界条件和载荷的加载等预处理工作,并生成解算文件.然后将解算文件直接导入ANSYS软件中进行求解,克服了UG实体模型导入ANSYS后网格划分困难、UG有限元模型导入ANSYS后预处理工作无法展开的缺点.实际算例表明,文中方法发挥了UG功能完备的建模优势及ANSYS强大的解算功能,并充分利用了解算文件的可修改性和ANSYS软件的开放性,使分析的可行性与精确性达到最大的统一,为大型复杂结构的有限元分析开辟了新途径.