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.     

超限插值法在有限元网格划分中的应用

有限元网格划分是进行有限元数值模拟分析至关重要的一步。针对一些简单的裁剪曲面,如简单的四边曲边形,它的边界常常是十分复杂的.本文借助ACIS平台和超限插值对这些简单的裁剪曲面进行网格划分,使最终生成的网格质量得到了明显的改善。     

基于离散化的复杂曲面建筑网格划分方法

为实现存在裁剪、孔洞的复杂自由曲面建筑网格划分,提出了一种基于离散的、以均匀性为目标的划分方法.将复杂曲面离散并缝合,形成由大量面片组成的离散曲面,作为多个参数曲面的一体化表示.采用改进的误差扩散算法,在离散曲面上按一定的密度进行初始布点.采用基于空间距离的粒子动力松弛算法对点云进行初步均匀化,并应用基于曲面距离的k均值算法进行再次均匀化.对均匀的点云求曲面距离的Voronoi图,并获得相应网格.对网格进行拓扑优化和光顺优化.算例表明,本文算法可有效处理存在裁剪、孔洞的复杂自由曲面,并得到均匀光顺的三角网格.     

基于分片与重构的复杂曲面建筑网格划分方法

对于复杂曲面,如边界裁剪、存在孔洞等情况,提出了一种曲面分片并重构的方法。应用该方法可消除裁剪边界及孔洞的负面影响,提高建筑网格划分质量。首先,在曲面上绘制分片的边界。然后,应用多边形构造算法并进行修改补充,求拓扑关系,识别分片的区域。接着,对识别得到的子曲面区域,采用插值及松弛算法得到较均匀的n×m规整采样点,并进行曲面重构,得到独立于原曲面的子曲面。再在各个相互独立的子曲面上分别划分网格。最后,对子网格进行合并,并在原曲面上进行松弛。多个算例表明,网格均匀、流畅,边界效果较好。     

自由组合曲面有限元网格生成

提出并实现了一种从边界到内部的组合裁剪曲面的有限元网格划分算法.首先通过寻找曲面间的公共边界,建立相邻曲面间连接的拓扑关系,并在边界上规划网格结点;然后通过建立和更新结点边环及网格单元的拓扑结构并进行几何计算,逐渐向内生成网格;最后对网格进行调整.由于该网格生成方法首先较好地处理了曲面边界,有效地消除了相邻曲面网格之间的错位和裂缝,使得在曲面间连接处的网格合并、重构、缝合等网格修理工作量明显减少,而且边界附近的网格形状较理想,组合曲面上的网格大小均匀,因此较适合于有限元计算.     

基于引导线偏移的建筑网格生成方法

为了生成规整、流畅的建筑网格,提出了直接在曲面上偏移引导线生成自由曲面网格的方法,即空间引导线法.在给定的曲面上,绘制光滑的曲线作为引导线;在延伸的曲面上偏移引导线上的所有基准点并拟合成曲线,即引导线的偏移线;以刚生成的偏移线为引导线,迭代地推进生成新的偏移线,得到一组按特定间距布置的偏移线;以偏移线为网格线进行分段、连线、裁剪等操作生成网格.进而,通过调整引导线的形态,调控网格走向;通过设置各基准点的偏移距离,控制网格大小;通过合并过近的偏移点,优化网格形态.算例表明:该方法生成的网格形状规整、线条流畅、走向可控,能更好地满足建筑需求.     

闭曲面有限元网格生成的边界预调整方法

为使闭曲面相对其参数域具有边界完整性,确保波前法(AFT)生成网格的可靠性,提出了以参/虚边界补充为特征的闭曲面边界预调整方法,将闭曲面分割为一系列开曲面片,进而利用AFT法使网格在各开曲面片上分区域同时生成.该方法可使基于AFT法的曲面网格生成算法直接用于各种形式的闭曲面.     

曲面均匀网格轮式行进生成法

提出一种新的曲面有限元网格生成方法,将曲面边界离散相邻节点连接构造线段序列,并从序列中的线段出发,以线段的空间位置为依据,构造圆,再利用该圆在曲面上布点筛选求取网格节点,生成单元,使节点一单元一线段交替生成,该方法实现了曲面均匀网格的自动生成,网格质量良好,适用于不同形式的曲面,具有很大程度的通用性,有利于解决有限元分析建模的瓶颈之一——曲面网格自动生成问题。     

基于三角网格曲面的环切粗加工刀轨生成算法

提出一种基于三角网格曲面的环切粗加工刀轨生成算法,该算法采用R*-tree建立三角网格曲面的动态空间索引结构,基于该结构快速建立三角网格模型的Z向包络面,采用R*-tree建立Z向包络面的索引结构,对切削平面与Z向包络面求交获取截面轮廓环,判断截面轮廓环的环向,并依据轮廓环间的拓扑关系确定切削区域,通过对轮廓环进行等距偏置获取环切粗加工刀轨.实例证明:该算法对各类复杂三角网格曲面均可准确生成无干涉环切粗加工刀轨,并可实现模型的区域性加工.     

改进TM法控制贴体网格节点分布的研究

在分析微分方程法控制网格节点分布方法的基础上，对改进的ＴＭ法控制网格生成进行研究，并以柴油机ＭＰＣ排气管分支为例，用改进的ＴＭ法生成二维贴体网格．应用实例表明，增加角度控制参数后，该方法能对复杂区域生成合理的贴体网格     

三维空间表面电荷法的改进

为了有效地求取电气设备的空间分布电容值，对三维空间表面电荷法进行了改进。利用曲面三角形单元取代平面单元，并用二次多项式对内部点,可以更好地模拟电力设备的结构，获得高的计算精度。给出了单元上的数值离散格式，并将均压环对地电容作为算例进行了计算。结果分析表明，计算值与测量值间的相对误差仅有2％，两者有很好的一致性。     

一种计算广义曲面积分的方法

本文讨论了广义曲面积分,将曲面剖分为曲面三角形单元,采用二阶等参数元,使曲面三角形上的积分变换到平面三角形上,给出一种计算曲面积分的相似“搜索法”,达到很高的精度,应用于许多问题的计算中,得到了满意的结果。     

一种有效的把空间曲面近似展成平面的方法

将动态规划法原理同平面热应力问题相结合,用于空间任意曲面近似展成平面。计算机辅助设计在空间曲面的设计中是不可缺少的,尤其是在空间曲面转换为平面的制作过程中。动态规划法是基于有限元法的基本思想,把空间任意曲面划分成有限个相邻的条块（本文称之为条元）,条元的宽窄一般由料的幅宽和曲面的曲率决定;通过平面试形状,依次耦联计算出每条元的展开形状,便可得到整个曲面的展开图,最后给出两个算例。     

复杂曲面加工过程多约束自适应进给率控制策略

建立了基于过程约束和刀具运动分析的切削力精确预测模型,在此基础上提出了复杂曲面加工过程多约束的进给率自适应定制方法.基于刀具与工件的相对运动分析,并依据刀刃微元在切削过程中真实运动轨迹的解析表达,建立了精确计算未变形切屑厚度的理论模型,由此给出针对复杂曲面加工的任意刀具运动轨迹拓扑形状的铣削力计算公式.以切削力模型为基础,结合悬臂梁模型、应力模型和扭矩计算公式,给出进给率定制过程中的关键制约因素.以材料去除率最大化为目标,通过求解有约束极值问题实现进给率优化.实例验证表明该模型能够进行复杂曲面加工进给率自适应定制,优化后的进给率有利于在保证加工精度和安全的前提下实现加工效率的最大化.     

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.     

新型曲面四边形边界元精细后处理方法研究

为了精确计算三维静电场的电场强度和电位分布,提出了新型曲面四边形边界元方法．在该方法中,对模型边界面进行二阶四边形单元剖分,对二阶单元顶点上的节点号重新编号,以单元的顶点为求解点,根据二阶四边形曲面参数方程,结合面积比值法定义的曲面单元顶点的形状函数,计算曲面单元顶点的函数值．与一阶平面四边形边界元相比,新型曲面边界元法在没有增加计算节点的情况下,由于采用更接近实际边界的曲面积分,计算精度将明显提高．但由于边界面采用二阶单元粗略剖分,单元数量相对较少,剖分后的模型较粗糙．虽然顶点节点上的函数值比较精确,但只能以平面线性单元的形式显示,离实际模型边界差别较大．本文就此提出边界元精细后处理方法．在该方法中,对曲面单元两边按一定步长等分,再根据曲面的参数方程把曲面单元精细显示出来．单元上新建节点的函数值可由曲面单元顶点上的函数值和面积比值法定义的形状函数插值得到．最后形成经精细显示后的新型曲面边界元方法．算例表明,经精细显示后边界面比未处理前更接近实际边界．     

膜结构裁剪分析中曲面展开方法

膜结构的裁剪分析是膜结构设计中的一个关键技术之一。本文就裁剪分析中曲面展开的新方法——动态规划法进行论述，推导了曲面展开的公式，并且对膜片裁剪过程中考虑的预张力释放问题对该方法进行了必要的修改。     

小半径弯桥横向分布系数的研究

对于弯桥尤其是小半径弯桥,其各主梁的受力情况较直线梁桥复杂。一些适合直线梁桥横向分布的计算方法也不一定适用于曲线梁桥。本文通过运用梁格法与偏心压力法来计算分析一简化T型梁桥模型,并对其所得横向分布系数的结果进行比较,得出各方法分析所得的荷载横向分布特点,对实际工程提供参考。     

翻转式自动分度数控回转台

开发了能实现空间曲面零件电火花线切割加工的极坐标加工系统，阐明了系统的组成和运动规律，对其主要硬件装置——翻转式自动分度数控回转台进行了设计和研究，从而进一步拓宽了电火花线切割加工的工艺范围，解决了空间曲面零件的加工难题。