空间曲面的非结构网格生成

介绍一种空间曲面的 Delaunay三角形网格生成技术。采用参数表示法将空间曲面变换为平面参数域,引入相关的度量矩阵后将平面参数域进行三角剖分,最后得到空间曲面的三角剖分。空间曲面的边界点作为已知点被给定,内点采用一类自动生成的方法计算,例如按边插点法,Voronoi边插点法等。该方法可以很好地控制曲面网格的质量,使用方便,可以直接用于物理问题数值模拟中的曲面网格生成,也可以用于三维非结构网格生成中提供边界面三角剖分。文中给出的算例说明了本方法的应用情况。     

一种用于间断装配的流场结构辨识算法

使用激波装配法时,初始激波是否准确将会对计算过程产生影响。为了确定初始激波的位置,提出了一种新的流场结构辨识算法。该算法以捕捉法计算得到的流场作为系统观测数据,根据密度、压力等参数从该数据中获取激波和接触间断等流动特征周围的网格节点作为离散点集。通过将该离散点集分割成若干子区域,在各子区域内进行分片拟合,最终将离散点集拟合成连续光滑的实体模型,并将此作为初始激波面。在二维方法的基础上,通过引入单位球模型成功将该辨识算法拓展到三维应用。结果表明,采用该方法获得的间断曲面(激波和接触间断)与捕捉法流场中的间断分布吻合较好,作为初始间断面用于装配法可快速得到收敛解。该方法解决了应用激波装配法时确定初始间断面的难题。此外,该方法还可用于网格自适应方法。选择不同流动参数,可以获得相应流场特征结构的空间曲面,在此曲面的基础上可进行网格局部加密或重剖分。该流场结构辨识算法用于网格自适应具有网格尺度自由设置的优势。     

叶片型面曲率属性对数控铣削加工过程的影响

提出了一种基于曲面曲率属性分析数控铣削加工过程的方法.该方法通过在构建的自由曲面上规划走刀轨迹,建立刀位轨迹等参数曲线,来分析等参数曲线曲率属性对加工干涉和加工带宽度的影响.同时,通过对刀位轨迹和残留高度与曲面曲率属性之间关系的研究,获得了影响数控铣削加工效率、加工精度及发生干涉的一些规律.此外,研究表明通过对刀具半径、残留高度与加工表面曲率之间的吻合关系曲线合理优化,可有效提高加工带宽度.试验结果证明该曲面曲率属性分析数控铣削加工过程的方法是有效的,加工效率可提高5%~8%.      

复杂母线鼓形刀具宽行侧铣加工算法

基于宏域曲率吻合原则充分优化刀具参数,以鼓形刀有效特征线段上一端点与加工曲面的误差偏置面重合进行初步定位,通过调整鼓形刀具上有效特征线段端点的位置及刀具在该点绕曲面表面法矢方向和走刀方向旋转的角度以避免干涉和实现刀位优化,最终获得行宽为最大的无干涉刀位。     

基于队列的参数域T网格Bézier分割方法

针对T样条曲面Bézier提取中的参数域T网格的Bézier分片问题,提出了一种基于队列的参数域T网格的Bézier分片算法。该算法首先通过延伸T型参数点对参数域网格进行切分,之后通过计算每个参数点所耦合的T样条混合函数非零区域对参数域网格进一步切分。上述切分过程只需借助一个队列数组即可实现。通过实例测试,验证了本算法的有效性。     

利用分段G2 插值方法构造铺丝路径

提出了复合材料铺丝路径的规划方法,其中铺丝基准路线是通过对给定数据点的切方向及曲率向量或测地曲率值,G2连续地插值曲面上点列的方法得到。利用正则参数曲面上一点的切空间与其参数平面对应点的切空间同构原理。将曲面上曲线的插值问题转化为其参数平面上类似的曲线插值问题。该方法能够用显式方程来表示曲面上的G2连续插值曲线。由于引入了若干控制参数,可对曲线进行局部或整体的交互修改。利用该方法进行铺丝路径规划可以反映芯模面的曲率信息,改变纤维的局部走向,使其最终的结果更好地满足丝束铺放要求和构件几何性能的要求。实验证明该方法简单可行,还可用于计算机辅助设计、计算机图形学等领域。     

基于图的DTAD的简易稳健自动生成算法

二维任意域(含任意多个空腔)的Delaunay三角剖分(简记为DTAD)广泛应用于有限元网格生成等方面。本文提出了一种基于图的DTAD的简易稳健自动生成算法。该算法首先构造任意域中所有边界点集的约束最小生成树,然后将同时满足本文所给三个简易约束算法的边逐次引入初始三角形网格表,形成边界点集的三角剖分,再通过稳健局部优化算法和贴体生成核插入算法自动生成DTAD。本文同时分析了退化及数值计算误差对剖分结果的影响,在提高局部优化的稳健性方面对该算法做了进一步完善,使之能更好地满足任意域网格剖分的要求。文末给出具体应用实例以说明本文所提算法的有效性。     

一种自适应的曲面剖分算法的实现与性能分析

根据曲面求交的基本原理,结合自适应理论,构造出了一种新的剖分算法。这种算法提高了曲面求交的精度和效率,简化了曲面求交算法的复杂性,同时有效地解决了曲面求交中的漏点漏线、自交等各种问题。     

高级曲面设计功能的算法原理及实现

论述了国产化软件BSURF-GI交互式曲面造型系统中高级曲面设计功能的算法原理及其实现途径。提出了一种能沿曲面与曲面交线和过渡曲面边界线进行曲面裁剪的算法,指出了该系统今后进一步研究的方向及与实体造型系统集成的途径。为解决曲面与曲面求交算法中自动给出Newton-Raphson迭代法初值的优选难问题,本文还提出了一种有效的自动优选初值的方法——面积映射法。最后给出了一些高级曲面功能图例。     

基于图形制导的复杂曲面最佳匹配的一种算法

通过对自由曲面精度检测的研究,针对检测过程中出现的基准不重合现象,提出了一种基于图形制导的自由曲面最佳匹配分析算法。该算法首先利用参数曲面的几何不变性使匹配曲面达到较好的初始位置,然后根据随机或交互选取的数据点利用优化算法对曲面进行匹配计算。结果表明 :该算法可以有效地消除基准不重合误差,同时算法具有较好的抗发散性。这一算法已在反求工程 CAD系统 RE-SOFT中取得了很好的应用效果。     

满足约束的Gn连续过渡曲面的构造

在Erich Hartmann提出的由两基曲面线性组合构造G^n连续过渡曲面方法的基础上，针对该方法存在很难找到合适的参数变换的问题，提出了一种基于基曲面局部区域重新参数化构造G^n连续过渡曲面的方法。通过对基曲面上切触线附近区域部分曲面重新参数化，再由重新参数化局部基曲面线性组合构造G^n连续过渡曲面。这样将两基曲面间构造过渡曲面的问题转化为在重新参数化局部基曲面间构造过渡曲面。以构造G^1连续的翼身融合面为例，讨论了满足约束要求条件时G^2连续过渡面的构造方法。即先对基曲面上过渡切触线附近的局部区域进行重新参数化，后通过优化求解来确定比例因子和偏移量、平衡因子和调配因子，使过渡曲面满足前后边条线约束，最后利用线性组合来构造G^2连续的过渡面。约束过渡曲面的形状可通过改变重新参数化基曲面的大小来调整．     

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.     

一种新的响应面模型及其在轴流压气机叶型气动优化中的应用

 提出了一种轴流压气机二维叶型的参数化定义方法，该方法使用轴流压气机叶型定义中的常用参数，几何意义明确、不容易产生非合理叶型，利用若干例子说明了该方法在重现轴流压气机二维叶型时的逼近精度。给出了一种新的响应面构造模型，该模型首先认为每个样本其临域内的目标分布函数为正态分布，然后用所有样本的分布函数的线性组合构成整个设计变量空间中的响应面。建立了以该响应面模型为基础的轴流压气机叶型的气动数值优化平台，利用该平台完成了2个轴流压气机二维叶型的气动数值优化。     

一种用NURBS表示的过渡曲面的生成方法

讨论在两参数曲面上生成显式定义的参数过渡曲面问题。提出了一种围绕两曲面的交线,采用参数化平面与曲面之一的等距面求交,寻找两曲面的等距点,以产生变半径过渡曲面的方法;过渡曲面本身为2次×3次NURBS曲面,充分利用了NURBS曲线可精确表示圆弧曲线的特点,并使得可用统一的算法对过渡曲面进行各种处理。     

弧齿锥齿轮齿面拓扑修形及加工参数计算

为了能够实现对齿面啮合性能的灵活控制，针对弧齿锥齿轮小轮提出一种齿面拓扑修形方法，即借助二阶曲面对齿面偏差拓扑的近似表达，将齿面拓扑修形分解为5个方向:螺旋角修正、压力角修正、齿长曲率修正、齿廓曲率修正及齿面挠率修正，通过改变5个方向的修形系数对小轮齿面拓扑结构进行自由控制。在此基础上，建立齿面偏差与机床加工参数之间的修正数学模型，通过构建敏感性矩阵并采用最小二乘法求解，反求出获得修形齿面的小轮加工参数，以便指导加工。以一对弧齿锥齿轮副为例进行修形啮合分析，仿真结果表明:选取齿长曲率修形系数为0.0001，齿廓曲率修形系数为0.0005，齿面挠率修形系数为0.0003，对齿面进行拓扑修形后传动误差幅值为-25.60″，接触迹线倾斜角度变为54.7°，相比原始结果啮合性能得到改善。滚检接触区与理论仿真结果一致，验证了修形方法的有效性。      

受限空间内斜向冲击凹柱面流场结构试验

以冲击旋流强化换热为研究背景,通过粒子示踪的流场显示技术,对受限空间内斜向冲击凹柱面的流场结构开展了试验研究.通过改变冲击雷诺数、冲击角度、相对冲击间距(冲击间距和冲击孔直径之比)以及相对曲率(冲击孔直径同凹面靶板直径之比)等参数,分析了受限空间中,斜向冲击曲率表面后产生的涡系结构及其发展和变化规律.流场显现结果表明:随冲击雷诺数的增加,在冲击滞止区域两侧都能形成稳定的旋流结构,并且在受限空间的角部,进一步形成了诱导涡.试验中发现随着冲击雷诺数的增加,冲击气流与壁面分离处对应的圆心角增大,分离推迟;随着相对冲击间距值的增加,气流与壁面分离处对应的圆心角越来越大,相对于受限空间的大小,诱导涡的范围越来越小.由于冲击角度的影响,冲击射流在滞止区域左侧射流(相对冲击角度较小)与壁面分离比在右侧(相对冲击角度较大)提前,同时更容易产生旋流.      

弧齿锥齿轮齿面曲率干涉判断方法与实验验证

提出一种基于齿面拓扑结构的齿面曲率干涉判断方法,通过构造两齿面拓扑偏差判断齿面曲率干涉.这种方法不仅可以直观地判断是否发生齿面曲率干涉,而且可以对其实际啮合位置进行预判.对一对弧齿锥齿轮齿面曲率干涉进行了计算,分析结果显示小轮工作面大端、小端和齿顶曲率干涉,齿面印痕应位于大端和小端,小轮非工作面齿顶曲率干涉.在数控铣齿机加工该弧齿锥齿轮副并检测齿面印痕,工作面齿面印痕位于小轮大端和小端,非工作面小轮齿顶出现了齿顶接触的现象,检测结果与该方法预判结果一致.      

面向螺旋铣削的叶身曲面重构的参数化方法

针对螺旋铣削中普通造型方法得到的叶身型面往往出现扭曲,严重影响螺旋铣削刀位轨迹的问题,提出了一种针对螺旋铣削的叶身曲面重构的参数化方法。该方法首先根据单条叶片截面线的特征,采用累加弦长参数化和等弧长参数化离散的方法,实现单条截面线的参数化,从而得到高质量的截面线。然后在此基础上,从叶身曲面的V向和U向对叶身曲面重新参数化。最后对截面线进行放样,实现叶身曲面的重构。试验结果表明叶身曲面质量较高,能够较好地满足螺旋铣削刀位轨迹的规划要求。