基于有限元方法中粱模型的形状修改算法(英文)

形状修改和变形在几何造型、计算机图形学和产品概念设计等领域起着重要的作用。运用有限元方法中粱模型的理论,本文提出了一种新颖的基于物理的形状修改方法。通过在已定义的局部坐标系上创建横截面为圆形的粱结构,将初始几何体整体或局部地嵌入到粱中。在其节点上施加外部载荷如集中力和力偶,可计算出节点位移。此外,根据形函数矩阵可插值出粱的挠度,轴向变形以及扭转角度。因此,作为粱的一部分,可改变几何体的形状。本文的方法线性、简单、快速,可实现拉伸、弯曲、扭转和削尖等变形效果。最后本文提供了大量的应用实例,表明该方法在几何造型和外形设计中具有潜在的应用前景。     

翼身融合飞机参数化几何模型

本文研究翼身融合飞机的参数化几何模型生成的方法。翼身融合飞机各部件均视作翼面类部件,运用形状函数和分类函数变换方法描述飞机各个剖面翼型。用三次施密特曲线描述飞机沿展向的厚度变化与后缘曲线形状,用分段曲线描述复杂的前缘形状。翼梢小翼划分为过渡段与主段两部分分别描述,并通过变换矩阵计算主翼段关键参数坐标。应用CATIA二次开发技术实现参数化几何模型的自动生成。     

交互外形设计中的有理插值方法

在CAGD中,构造光滑曲线通过给定的二维或三维点集是非常重要的问题。广泛釆用的方法是Hermite技术,但是依照这种方法,插值曲线的形状过多地依赖于切矢的模长,且形状的修改不能依几何的方式交互完成。本文提出了一种结合交互技术和插值技术于一体的曲线插值方法,插值基函数为有理函数,在此基础上讨论了形状参数在几何修形中的作用,     

柱坐标系下叶片曲面造型方法的研究

由于叶片在沿叶高方向上截面内的截线不是单值函数,所以需要用参数样条的方式构造整个叶片曲面。在分析叶片沿叶高方向上截面数据的基础上,本文将笛卡儿坐标系下的截面数据转换到柱坐标系下,并以极角和叶高为参数构造了双三次插值B样条曲面。     

基于坐标系转换的CATIA自动装配方法

简述了CATIA装配中零件位置的坐标系表达以及坐标系转换的计算方法。描述了通过零件模板标识零件装配特征的方法。提出了一种基于坐标系转换的CATIA自动装配方法:将零件的装配特征用坐标系表示,利用零件装配特征坐标系之间的转换关系,计算零件从原始位置移动到装配位置的转换矩阵;通过将零件的原始位置坐标系与转换矩阵相乘,得到零件的装配位置坐标系,从而实现零件的自动装配。该方法可以提高CATIA装配设计效率。     

一种考虑截面任意变形模式梁的有限元模型

提出了一种考虑截面完整变形的截面插值梁模型,并用于机翼结构的建模与分析。首先引入截面插值函数——拉格朗日函数描述截面形状,以位移向量为未知变量描述截面位移,在此基础上依据插值理论构造梁单元位移场。不同于传统梁单元通过假定的中性轴的挠度和转角来确定梁截面各点位移,该梁模型摒弃了中性轴假设与平截面假设,通过截面插值函数得到梁截面面内、面外变形;然后通过有限元理论推导了梁单元刚度矩阵与质量矩阵;最后利用截面插值梁单元对机翼各部件进行有限元建模,并展开典型工况下的静力学分析以及动力学分析,与Nastran实体单元计算结果进行了对比分析,验证了该梁模型的有效性,为机翼的结构设计和强度分析提供了一种新的简化建模方法。     

基于遗传算法和最小二乘法的曲面匹配

 针对基于最小二乘法的 ICP曲面匹配算法难以处理待比较曲面的局部大变形问题,提出一种改进算法。即采用遗传算法确定曲面初始相对位置以保证匹配优化结果为全局最优值,利用 ICP算法匹配结果构造偏差阈值,以此阈值过滤点群后再以最小二乘法进行匹配处理,消除局部大变形影响,获得合理的变换矩阵。以此变换矩阵变换初始点群再进行误差计算,从而获得理想的匹配结果。试验表明,该准则对局部大变形的处理效果优于常规的最小二乘 ICP曲面匹配算法。     

基于粒子群算法-最小二乘支持向量机算法的磁化曲线拟合

磁化曲线是强非线性函数,提高磁化曲线的拟合精度对含有铁磁材料的电气设备建模准确性至关重要。提出了一种基于粒子群算法-最小二乘支持向量机(PSOLSSVM)算法的磁化曲线拟合方法。该方法用粒子群优化算法解决了最小二乘支持向量机(LSSVM)参数的选择问题。仿真结果显示PSOLSSVM算法能获得最优的LSSVM参数,且采用PSOLSSVM算法拟合的磁化曲线与实际测量的磁化曲线基本无偏差,拟合精度较高。     

广义矩阵法及其在流体力学中的应用

本文提出了由作者发展的、建立在非笛卡儿张量分析基础上的广义矩阵法,并根据选择的任意坐标系和基,在非正交的一般曲线坐标系中,导出三维空间的流体力学的一系列方程。作为示例,在任意的、不均匀螺旋距的螺旋线坐标系中,用广义矩阵法导出了包括粘性耗散函数表达式在内的、完整的可压缩粘性流动方程。还可导出在两种流体的分界面上,带有粘性及表面张力的应力边界条件。用该法导出的方程,文献已证实是正确的。     

线性回归模型的紧致最小二乘估计及参数分离

本文提出一种能克服线性回归模型系数矩阵病态的“紧致最小二乘法”。在此基础上,进一步用部分验前知识对该有偏估计作了参数分离,从而得到全部待估参数的无偏估计。对无线电干涉仪的系统误差作仿真计算表明:效果良好,优于主成分估计。     

Shape Modification by Beam Model in FEM

Shape modification and deformation play an important role in the filed of geometry modeling, computer graphics, conceptual design and so on. A novel physically based shape modification approach is presented in this article, with beam model in finite element method (FEM). By means of interactively creating a beam with circle cross section based on pre-defined local coordinate system, the primitive geometry model is embedded in the beam globally or locally. After imposing external loads, such as concentrated force or couple, on selected nodes, their displacement can be computed. Moreover, deflection, axial deformation and twist angle of beam model can also be interpolated using shape function matrix. As a result, object is modified as a part of beam. The proposed approach is linear, simple and fast, by which stretch, bending, taping and twist deformation can be accomplished. Finally, some experimental results are given to demonstrate that the presented method is potentially useful in geometry modeling and shape design.     

Analysis of an arbitrarily loaded shell of revolution based on the finite element method in a mixed formulation

The volume finite element in the form of hexahedron with nodal unknowns as components of the displacement vector and stress tensor has been developed to analyze the shells of revolution. The displacement vector components for the inner point of the finite element and the components of its stress tensor are expressed through the nodal unknowns using the method of vector and tensor fields interpolation by the trilinear shape functions; that provides taking into account the finite element displacement as a whole solid. The variational principle in a mixed formulation is applied to form the matrix of hexahedron deformation. The efficiency of the proposed method for approximating the values being sought as vector and tensor fields in comparison with the traditional method for approximating the values being sought as scalar fields is confirmed by a numerical example.     

基于多传感器信息融合的物体位姿检测方法

 提出了利用摄像机和超声传感器信息融合对机器人操作对象进行位姿检测的方法。该方法通过单幅图像获取目标点在图像中的理想坐标,求得投影矢量的方向,然后通过机器人末端的运动,导引超声传感器坐标原点与未移动前摄像机坐标系的原点重合,而其Z轴方向与求得的投影矢量方向相同,再由超声传感器测出投影矢量的长度,从而确定目标点在摄像机坐标系中的坐标,并可进一步转换到机器人基坐标系中。通过测量操作物体上两点的空间坐标,就能够确定物体空间姿态。该方法简单易行,计算量小,精度较高。     

Constructing G~2 Continuous Curve on Freeform Surface with Normal Projection

This article presents a new method for G～2 continuous interpolation of an arbitrary sequence of points on an implicit or parametric surface with prescribed tangent direction and curvature vector,respectively,at every point.First,a G～2 continuous curve is constructed in three-dimensional space.Then the curve is projected normally onto the given surface.The desired interpolation curve is just the projection curve,which can be obtained by numerically solving the initialvalue problems for a system of first-order ordinary differential equations in the parametric domain for parametric case or in three-dimensional space for implicit case.Several shape parameters are introduced into the resulting curve,which can be used in subsequent interactive modification so that the shape of the resulting curve meets our demand.The presented method is independent of the geometry and parameterization of the base surface.Numerical experiments demonstrate that it is effective and potentially useful in numerical control (NC) machining,path planning for robotic fibre placement,patterns design on surface and other industrial and research fields.     

基于立体视觉的板料成形极限应变测量关键技术及其系统

 设计并实现了一种基于双目立体视觉和数字图像相关方法的板料成形极限应变测量系统—BOSAS(双目视觉应变测量分析系统),对其中的关键技术作了深入讨论。该系统可以克服传统坐标网格方法很难进行变形过程的动态监控、自动化程度不高等局限,并可计算试件各变形阶段全场应变分布,以及重建不同变形时刻下试件的几何外形。将分段位移传递法和有限应变理论相结合,可计算大变形下的极限应变。对深冲铝板6016以及航空铝板2A12-T4、2A12-O、7B04-O等材料的应变测量结果显示本文方法适用于板料成形三维变形及极限应变的测量,并将测得数据与由坐标网格方法测得的数据进行比较,结果表明本文方法测量准确、可靠。     

三维Minkowski空间中的从切曲线

在三维Euc lid空间中,若曲线的位置向量总位于密切平面上,则曲线为平面曲线;若曲线的位置向量总位于法平面上,则曲线为球面曲线。本文给出了三维M inkowsk i空间中一种新类型的曲线———从切曲线,它的位置向量总是位于它的从切平面上。在详细研究从切曲线性质的基础上给出了它的分类。     

基于四元数的单目视觉物体位姿测量方法

对基于点特征的单目视觉定位算法进行了研究,设计了一种5点平面靶标,在五个特征点的基础上提出了一种基于四元数的单摄像机位姿测量方法。建立了四元数空间变换矩阵,然后再根据特征点在世界坐标系下的坐标值以及特征点在CCD成像面上的坐标值,在空间投射的基础上利用最小二乘法求解出靶标的四元数空间变换矩阵,从而求得靶标的空间位姿。通过实验对该单目视觉定位方法进行验证,实验结果表明：测量模型平移定位精度达到了,旋转定位精度达到了。     

高均匀扫描电机轴面不平行度动态测量方法研究

为了解决高均匀扫描电机转动轴位置未知时与反射镜面不平行度的测量问题，提出了一种动态的光电测量方法；在激光测量光路中，利用扫描电机在位置敏感传感器（PSD）上的扫描曲线，并根据光学成像原理和扫描曲线的外形特征，设计了一个光学实验系统；利用实验方法建立了轴面俯仰角度与扫描曲线形状的关系式，最后对扫描电机轴面不平行度的特性进行了测试分析。实验表明，此种测量方法能够很好地解决动态测量扫描电机轴面不平行度的问题。     

工程约束下基于自由曲面方法的机头气动修形设计

二次曲线由于其良好的几何特征,在传统的飞机建模过程中得到较多的应用,但是单一的控制参数使其外形变化受到限制,而灵活的外形变化恰是NURBS曲线的主要特点。根据飞机设计过程中总体布局要求及人机工效约束条件,采用NURBS曲线曲面方法,使用控制点位置的相对长度与角度为设计参数,在飞机机头参数化建模过程中融入相关的工程约束,通过CFD计算分析,对设计参数进行优化,得到符合要求的模型;并尝试在风挡区域增加一条横向控制线,调节风挡局部区域的气流流动。结果表明,采用NURBS方法可以得到符合设计要求的机头外形,而且对外形的控制更加灵活;增加风挡区域的横向控制线改善了风挡局部区域的气流流动。