实现交互式三维参数化造型的研究

参数化设计方法是当今计算机辅助设计领域的一个热点课题,交互式三维参数化造型可以在原有模型的基础上,快速而方便地生成新的设计方案,大大提高了设计效率。本文所讨论的是通过引入特征的约束关系,利用现有的实体几何造型系统来实现交互式的三维参数化造型的方法。     

特征造型系统设计与研究

本文介绍机械产品特征造型系统的总体设计思想及其模块构成，重点阐述系统实现的两个关键技术──特征模型的参数化描述方法和零件模型的层次结构表达。     

基于B样条的机翼外形参数化方法研究

描述了基于B样条的机翼外形参数化方法在超临界翼型和机翼气动设计中的应用研究。在机翼外形参数化过程中,通过B样条曲线插值和拟合型值点生成机翼截面曲线和展向引导线,采用Coons Gordon方法通过自由放样和点阵插值获得B样条张量积曲面并进行叠加,进而获得插值于机翼表面曲线网的B样条曲面。还运用CFD工具对不同机翼放样面的气动性能进行了分析对比。通过研究,B样条控制点可作为设计变量传递给气动优化程序,采用B样条曲线或曲面表达式为各设计变量的线性组合,可以方便快捷获取几何梯度信息。     

散乱点曲面测量造型技术及其在飞机曲面工装模具设计与制造中的应用研究

 分析研究了利用坐标测量机进行曲面模具数控测量的有关理论和方法。提出了一种基于测量规划、散乱点三角划分和采用Ｂｅｚｉｅｒ三角形插值曲面重建曲面模具实物数学模型的方法。目前，这种重建实物数学模型的方法已经在复杂曲面模具散乱点测量、几何造型和数控加工系统３ＭＳ中得到了应用，较好地解决了航空、航天及汽车工业中一类构型十分复杂、形状和边界极不规则曲面产品的设计与制造     

基于解析及特征造型的涡轮冷却叶片参数化设计

基于数学解析与特征造型技术相结合的方法,建立了基于构造过程的复杂涡轮冷却叶片的参数化设计技术。用五次多项式描述叶身型线,根据壁面厚度函数求解冷却通道外形,定义冷却通道隔板位置及厚度等参数,计算得到叶身及冷却通道各截面造型数据;以特征造型方法完成对涡轮冷却叶片转弯流道、缘板、榫头及叶片相关特征的参数化设计;利用CAD系统的二次开发接口,实现了多腔回流式涡轮冷却叶片的自动建模。     

特征造型技术与STEP标准

本文阐述了ＣＡＤ技术的现状及存在的问题，特征造型技术产生的原因及发展情，介绍了ＳＴＥＰ标准及与特征造型技术的关系，并预测了特征造型技术的发展趋势。     

具有公共三次曲线的NURBS曲面片G2光滑拼接算法

非均匀有理B样条(NURBS)曲线、曲面造型理论是当前最先进的几何造型方法之一，大量基于NURBS的实用造型系统得到发展。对NURBS而言，虽然具有参数连续性，但为了实用需要，仍需构造具有一定光滑程度的合成曲面，满足局部设计和修改的目的。在作给出的具有公共三次曲线的NURBS曲面片G^1光滑拼接算法基础上，给出了具有公共三次曲线的NURBS曲面片G^2光滑拼接条件，得到了相应控制顶点、权系数的具体算法；对于一个已知NURBS曲面，构造另一个NURBS曲面，使其达到G^2拼接是简单易行的。     

用户期望心象驱动的直升机造型进化设计

选取直升机造型典型元素——机身特征线为研究对象,基于遗传算法提出用户期望心象驱动的直升机造型进化思想和方法流程。获取用户期望的直升机造型心象形容词,经过聚类分析得到关键心象词汇并将其量化表征。从多种途径选取符合用户期望心象的直升机造型初始样本,选取机身侧面轮廓线为对象,利用贝塞尔曲线将其量化描述。为保证造型进化一直处于用户期望心象引导下,基于用户期望心象形容词构建人工适应度评估机制;进行交叉、变异操作,获得符合用户期望心象的造型进化子代种群,从而实现了基于用户期望心象驱动的造型进化目标,并以此指导直升机造型设计。以"绝影"高速隐身无人直升机造型进化设计为例,证明了该方法的合理性和可行性。     

爪型泵转子理论型线计算机模拟研究

本文针对爪型泵转子的理论型线进行了分析研究。运用计算机手段对转子的理论型线进行了计算与模拟，通过程序计算出型线的点坐标值，并运用计算机动画模拟仿真了转子的旋转啮合过程。     

一种构作曲面的方法

文中给出一种构作参数双三次曲面片的方法。一整张曲面可由若干个这种曲面片光滑连接而成。所述方法推广了Coons,Bezier,Ball等人的部分工作。Coons、Bdzier双三次曲面片及Ball参数有理曲面均是本文所论曲面片的特殊情形。文中还给出了Coons双三次曲面片角点扭矢的一种几何解释。     

轴流压气机串列叶栅参数优化研究

为发展串列叶栅优化设计体系,首先提出了串列叶型的参数化造型方法,并对某传统叶栅进行了串列改型,设计点总压损失系数下降了41.8%,静压升上升了0.92%。发展了主从式并行微分进化算法,并对该串列叶栅的5个配置参数进行了数值优化,设计点总压损失系数降低了8.67%,静压升提高了0.3%。采用偏相关分析法对优化全过程进行数据挖掘,揭示了5个配置参数对串列叶栅性能的影响程度。提出并验证了串列叶栅前后叶的弯角和弦长分布对攻角特性的影响关系,并定义一个新的参数用于衡量这一影响关系,实现了对攻角特性的调节,得到了全工况更优的方案。     

闭式叶盘叶身加工切触点规划算法研究与实现

在对闭式整体叶盘叶身造型方法分析的基础上,提出基于叶片防扭曲高质量造型的等误差切触点规划算法,详细描述了算法中边界参数点确定、切削行参数划分、走刀步长确定和型值点网格化四个步骤,给出了该算法在UGCAD系统中的实现及工程应用实例。     

飞机座舱段机身曲面造型智能化设计的研究

应用双三次B样条曲面理论建立了飞机座舱段机身曲面的数学模型，并利用C语言编程，实现了通过型值点数据反算出控制顶点，再经过理论外形计算和三维图形变换，进而随机显示飞机座舱段机身曲面造型的智能化设计。     

小流量高速离心叶轮参数设计和三维造型

对小流量高速离心叶轮一维气动优化设计及快速三维造型方法进行了研究,并发展了相应的计算程序.采用所述的方法,以Krain叶轮为基准对象,在保证原设计点性能的情况下进行了叶轮的全新参数设计和快速三维造型.造型中对叶片中心线进行了曲率优化控制,使得叶片符合气动性能优良的“S”型叶片.最后采用经校验的CFD软件对新设计的叶轮进行了全三维数值验证.数值验证结果显示:在设计流量时等熵效率为93.9%,增压比为4.794,与Krain叶轮设计点CFD验证的结果偏差分别为0.24%和2.14%,验证了该设计方法及程序的可行性.      

机匣优化造型对跨声速转子性能影响的研究

为了研究机匣优化造型对跨声速压气机的性能影响,以一跨声速转子为对象,基于数值方法对近设计点和近失速点下机匣造型前后转子叶尖处的流场和整体性能进行了对比分析。结果表明:机匣造型可以有效改善叶尖处的流动,提高压气机性能;提升了全工况范围内的效率,近设计点的效率提升了约0.25%,近失速点效率提升约0.33%;近失速点的压比提高约1.1%,而近设计点的压比基本不变。机匣造型降低了叶片前缘处的负荷,改变了激波的空间结构,使激波后移。在近设计点下,机匣造型提高了大部分叶展上的效率,机匣附近出现两个"低压环"区,由其产生的三维压力梯度效应改变了此位置附近子午面上的涡形态,流向正压力梯度减轻了叶尖处低速回流区的影响;叶尖处的流线流动更合理,"二次泄漏"现象消失。在近失速点下,机匣造型提高了大部分叶展上的总压比;叶尖处的涡形态没有发生变化,而涡核的位置发生了改变;造型使叶尖处的流线流动更加合理,但是"二次泄漏"现象并没有消失。     

燃气透平叶型气动与传热的优化设计

建立了一个透平叶型气动与传热优化的两步模型.第1步采用解析多项式曲线构造叶片的参数化造型，基于CFD数值模拟，通过正交设计和敏感性分析，优选几何设计参数.第2步采用贝塞尔(Bezier)曲线参数化叶型型线，以总压损失和表面热流加权函数为优化目标，调整叶型型线，获得了气动性能与热负荷较优的叶型.设计案例的结果表明:增加安装角可以降低叶片压力面热负荷；增大叶片前缘直径可以降低前缘滞止点热负荷.调整叶型的表面曲率分布，有可能推迟吸力面的转捩，弱化叶片表面的传热.两步优化法计算量小，收敛性好，具有工程应用价值.      

汽车车身局部复杂曲面造型的计算方法

本文结合汽车车身复杂外形设计的实际，运用重节点型B样条曲线曲面理论，研究了汽车车身局部复杂曲面的造型方法，阐述了汽车车身局部复杂曲面造型的具体计算方法，为汽车车身复杂曲面的处理提供了一种有效的手段。     

三坐标NC几何验证算法的研究与实现

基于实体造型，综合现有NC几何验证方法的优点，研究与实现了一种新的Z＆N验证算法。利用Z高度法效率高的优点，判断采样点是否超差；利用矢量分割法检测结果可靠性高的优点，求解沿着设计曲面的法矢方向，采样点到刀具扫略体的距离(切削误差)。     

基于高参数均匀性的叶片曲面光顺造型方法

为进一步优化叶片的曲面模型质量,提出一种基于高参数均匀性的叶片曲面光顺建模方法。首先根据叶片的曲率特征,将单层数据点分成叶盆、叶背、前缘和后缘4个部分,通过叶片前缘和后缘的曲线拟合,获得拟合圆圆心,并以此生成叶片中弧线的诱导曲线。进而通过改进的牛顿迭代法获得一系列叶片截面轮廓线内切圆圆心,从而获得中弧线,对中弧线进行光顺处理以及弧长参数化,并利用中弧线–厚度分布的方式,结合过渡曲线生成光顺的截面轮廓线,保证过渡处曲率连续。最后,通过放样及融合优化算法快速自动地生成光顺的叶片曲面模型。利用该方法对某型号发动机叶片数据点进行曲面造型与加工验证,结果表明,优化后的曲面模型具有良好的光顺性,避免了由于模型不光顺导致的刀轨波动问题。     

航空发动机涡轮叶片精铸模CAD／CAM系统

本文介绍了航空发动机涡轮叶片精铸模ＣＡＤ／ＣＡＭ系统的基本结构、主要功能和关键技术。该系统完成了系统界面、功能和数据管理的集成，实现了精铸模具零件的特征造型、实体造型、零件装配尺寸协调、二维工程图绘制，提高了叶片精铸模设计的质量和效率。