飞行器RCS计算前置处理中裁剪曲面剖分算法

在雷达散射截面(RCS)计算中,首先需要将物体的表面进行三角剖分,称为前置处理,三角片单元的边长通常为0.1个波长(一般1个波长取3 cm).飞行器外表形状复杂,在建立数学化模型中,使用了大量的裁剪曲面,曲面之间的关系非常复杂,而3 mm边长的三角片剖分,使得飞行器的三角片单元的数目巨大,给前置处理带来难度.对此,提出了一种裁剪曲面三角网格剖分的方法.利用飞行器外形设计的特点,在以拱高为逼近误差的前提下,把曲面离散一系列等参数线,等参数线上等弦长布点,两两参数值相邻的参数线生成网格单元.根据网格单元与裁剪区域的位置关系,将落在裁剪区域外的网格单元进行裁剪处理.然后对曲面间边界处的网格进行相容性处理,最终实现多张裁剪曲面的三角网格剖分.      

地质构造的三维可视化

地质构造三维可视化可以将地质勘探数据用直观的图形方式显示,是正确认识地质构造的重要手段,从而为油藏描述提供科学的依据.通过根据已知地质数据的三角剖分和插值,建立了地层层面、断面三角网格模型.研究了地质层面、地质整体模型、地质立体剖切和动态模型等多种三维地质模型可视化流程.提出了建立地质立体模型的方法,即由缝合相邻地层层面、相邻断线分别形成的地质体边界面和断层三角形环状曲面,以及顶地层三角网格层面,共同围成三维地质立体模型.在这一过程中,实现了最近邻优先重构、地层层面三角网格模型的外边界闭合圈多边形追踪及平面与三角网格求交线等关键算法.实验结果提供了从整体到局部的多种地质构造显示手段,从而帮助人们准确快速掌握地质构造.      

一种保留几何及属性边界的网格简化方法

在实际应用领域,三维模型除包含由三角形网格构成的几何、拓扑信息外,还包含颜色、纹理、法矢量等属性信息,因此数据量较大,且不可避免地存在边界和孔洞.基于三角形折叠的方法,对误差矩阵的计算和误差控制方法进行了改进,并提出了几何及属性边界三角形的概念,给出了一种保留原始模型边界及属性信息的简化算法.该算法针对不同的边界情况将原始三角形网格划分为边界三角形、角点三角形、内部三角形及特征三角形,并采取相应的约束策略,在减小模型数据量的同时,较好地保留了边界和属性信息,并且生成递进网格文件,为包含属性的非封闭网格模型提供了连续多分辨率的模型重现.实验结果证明该方法快速有效,已成功应用于基于Web的三维递进传输和发布.      

武装直升机红外辐射计算中多重遮挡处理

针对武装直升机红外辐射计算中任意方向上可视净面积求取问题,提出了一种基于随机模拟的遮挡处理方法.该方法利用曲面造型方法建立直升机的三维模型,并将其离散为四边形面元,采用翼边拓扑结构描述直升机外形的数学模型.在此基础上,基于可见性测试、深度测试和遮挡测试原理对空间多边形面元进行遮挡判断,求出其遮挡面元集,再利用随机变量的统计方法对该多边形进行遮挡计算,求得净面积.对某型武装直升机和简单形体的计算表明,通过合理划分面元数和选取随机点数, 简单目标计算误差可以控制在5%以内,复杂目标可以控制在工程精度要求内.该方法已应用于武装直升机红外辐射特性计算软件中,应用表明该方法稳定、可靠,适于工程分析.      

军机易损性分析中多重遮挡投影面积计算

利用B样条曲线曲面造型方法给出飞机及其各部件外形的数学模型,将其离散化为三角形面元,并采用改进的翼边拓扑结构来描述几何元素之间的关系.在此基础上,根据集合论中的包含互斥理论,提出了一种求取多个复杂几何形体在任意方向的投影面积的新算法.该算法可以有效地应用于飞机易损性分析计算中.实际应用表明该算法稳定、可靠,而且精度高.     

板料成形数值模拟接触搜索模型的研究

基于参数曲面描述法和有限元网格描述法,提出模具几何形状模型的曲面单元描述法,采用了逐级更新的接触搜索算法,推导出求交迭代初值优化选择方案及满足无穿透原理的接触判断准则,并建立了板料成形数值模拟接触搜索模型,此模型不仅改善了数值模拟的收敛性,而且提高了计算效率和稳定性.     

基于简单WENO-间断Galerkin的Euler方程自适应计算

为了得到Euler方程的高精度、高分辨率数值解,介绍了间断Galerkin方法、三角形单元上简单WENO限制器的基本原理以及基于自适应网格加密的激波捕捉方法。将简单WENO限制器-间断Galerkin方法应用到曲边四边形单元上,通过单元边界上高斯积分点的坐标来搜索相邻单元从而得到相邻单元的单元编号,实现了基于“问题单元”的局部网格加密自适应计算。对若干典型问题进行编程计算,结果表明,简单WENO限制器可以应用到曲边四边形单元上,且可适用于局部网格加密时具有“悬挂节点”的非结构网格上的激波捕捉。      

基于DSI插值的三角网格质量优化

通过对三角网格的单元顶点进行几何位置调整,提高了网格的质量,实现了网格的质量优化.几何位置调整是使用离散点光滑插值(DSI,Discrete Smooth Interpolation)实现的,针对在计算时影响质量优化的邻接边界的单元顶点,采用了在边界处补偿三角形的方法,消除了单元收缩,提高了网格的质量.与加权拉普拉斯算法进行了比较和分析,优于拉普拉斯算法;为了使三角网格在位置调整时保持原始网格的几何细节特征,在插值算法中施加了控制点约束.最后使用算例对算法进行了验证.      

一个统一的几何造型系统

本文提出了一种统一的数学模型,将曲面造型系统与体素造型系统有机地融为一体,采各家之长,使系统的造型能力大大加强。系统内部的几何模型统一的采用了参数曲面的表示方法,这样便能够继承已有的曲面造型功能;表达物体的拓扑结构采用了改进的翼边结构方法,继承了体素造型系统的长处,因此,系统能够处理复杂曲面的拼合造型,集个体复杂性与组合复杂性于一身。系统还能够设计由三参数矢函数定义的实体,完整的表达空间实体的所有信息,使得曲面与实体的数学模型统一起来,为最终发展一个集成化的计算机辅助制造系统奠定了基础。本系统是正在开发的超集统一机械系统(SUMs)中的一个三维造型模块。     

曲线曲面的若干几何处理基础算法研究

给出了实用的曲线曲面的离散、投影、直线－圆环求交，空间直线距离计算等算法，曲线用密切圆逼近，采用差商计算离散点参数，算法速度快，根据几何性质构造了点的投影及曲线投影跟踪算法，用拟牛顿法加大收敛范围，利用相关性减少迭代次数，采用矢量方法和局部坐标系技巧，如空间直线间距离计算，直线－圈环求交等常用算法十分简洁。     

Loop细分曲面精加工刀具轨迹生成

细分曲面既能表示连续的几何设计模型也能表示离散的加工模型,避免了模型转换的复杂中间过程.细分曲面除了对于构造具有任意拓扑结构的复杂零件具有巨大的优势外,对于数字化制造也极具发展潜力.因此,对基于Loop细分曲面的精加工刀具轨迹生成算法进行了研究.首先利用基于弦长误差的自适应插值Loop细分得到精加工模型;然后利用等斜率跟踪法将精加工模型分割为平坦区域和非平坦区域.对各个区域依次进行处理,不同区域实施不同的刀具轨迹规划.据此,既避免了因细分过程数据量过大而导致的曲面精度不足或表面质量降低的问题,又可顺利计算整张曲面相对均匀残留高度的刀具轨迹.最后,为验证该算法的可行性进行铣削加工实验.      

基于引导线的涡轮气冷叶片伸根建模方法

发动机涡轮气冷叶片伸根段是复杂的过渡曲面,设计过程繁琐.针对伸根段的几何结构特征,提出了基于引导线的伸根过渡曲面建模方法,由伸根段边界条件生成引导线,使用最小能量法优化引导线,以此为基础完成伸根段的建模,实现了指定高度截面面积修改.开发了伸根段参数化建模模块,提高了叶片设计效率,并为航空发动机复杂过渡曲面参数化建模提供参考.     

低可探测机身参数化造型与优化

为提高低可探测机身外形造型效率,在概念设计中针对典型机身剖面研究了参数化造型方法.定义了若干设计参数对B样条的控制顶点进行调整,从而用单条B样条表示出机身和座舱盖的典型剖面,包括尖劈及凹凸曲线等.以此为基础,构造了一系列参数化剖面曲线模板,调整选用模板的参数生成机身各站位处外形,从而实现了机身快速造型.最后,利用提出的方法建立了两种隐身飞机概念方案的外形,并以侧向雷达散射截面为目标分别进行了优化,验证了该方法在机身外形优化中的有效性.      

适应弯扭隔肋的涡轮叶片多种扰流肋造型方法

针对弯扭冷却通道内扰流肋的特点,提出了基于等距曲面的扰流肋造型方法,用隔肋等距面和叶盆或叶背等距面裁剪平板工具体得到肋条,以此为基础完成扰流肋建模.深入分析了该方法的原理;提出隔肋面自动识别和曲面匹配算法;提取了关键造型参数;给出了基于草图的参数化实现方法,并在UG上开发出了造型模块,实现了适应弯扭隔肋的多种扰流肋造型.      

复合材料仿骨缝齿接结构建模与力学特性分析

针对复合材料仿骨缝齿接结构模型表述复杂性问题,基于MATLAB与Python语言对有限元分析软件ABAQUS进行二次开发,提出了复合材料齿接结构的参数化构建方法。并以此为基础,初步研究了齿顶角、基线类型、层级与结构力学性能之间的关系。研究结果表明,在拉伸载荷作用下,具有小齿顶角度、复杂基线特性、高层级特性的齿接结构可以表现出更好的力学性能。通过本文工作,实现了齿接结构的参数化构建,初步揭示了齿接结构承载能力、损伤机理和几何形貌之间的关系。