面向脏几何的曲面网格自动生成算法

脏几何是存在法向错误、穿插、狭缝、贴合等问题的几何模型,在此类模型的原始边界上直接生成网格无法避免上述问题。因此,在脏几何上无法直接生成拓扑相容的表面网格,这也将影响后续数值分析研究的开展。本文实现了一种基于四面体化方法的脏几何网格生成算法,其核心思想在于一个有效的四面体网格的表面一定是一个有效的曲面网格。本文对几何的离散表征进行法向修复,并在此基础上生成四面体网格,通过离散边界切割四面体解决了模型中存在的穿插问题,基于四面体质量提升解决狭缝问题,并应用曲面网格重构以提升表面网格质量。本文采用视图采样的方法实现法向修复,从多个方向观察该模型,使其在各个方向上的视图均满足质量要求;使用多级的能量阈值提升四面体优化效率;采用多级误差估计来避免曲面网格重构中可能出现自相交的问题。数值验证结果表明本文的脏几何曲面网格自动生成算法鲁棒、高效。     

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。     

基于自由型曲面的贴体网格生成

本文建立了基于自由型曲面的曲面网格生成的数学模型,生成了曲面网格,把它作为三维Ｄｉｒｉｃｈｌｅｔ问题的边界条件,求解三维Ｐｏｉｓｓｏｎ方程,获得了满足数值模拟要求的三维贴体网格。采用上述方法,完成了基于自由型曲面的某直升机调座舱三维贴体网格的生成,结果令人满意。     

非结构网格生成技术的研究

本文描述了非结构网格生成的过程。在生成方法上综合Ｄｅｌａｕｎｅｙ和Ａｄｖａｎｃｉｎｇ Ｆｒｏｎｔ两种方法之长，构造了新的网格生成方法，使非结构网格生成更方便、快捷。网格生成过程分三个部分：１．表面网格的构造和最佳逼近；２．辅助点的生成与确定；３．空间四面体网格的生成。使用上述方法，本文构造限复杂构形物体的非结构网格。     

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。     

基于四边形网格细分曲面的生成

基于Catmull-Clark细分模式，提出了一种有效的四边形网格的细分曲面生成方法。对细分算法的数据结构特点进行了详细的分析，根据细分规则，给出了算法的生成矩阵以及连接规律。该方法具有局部性好、简单、易操作的特点，可成功应用于工程实际，解决细分曲面的生成问题。     

动网格技术在增升装置优化中的应用

将基于Denaulay背景图的动网格方法应用于增升装置二维缝道参数优化设计过程中。针对二维增升装置的构型特点和翼型运动的特点,采用了添加辅助点的双层Denaulay背景图动网格方法,并详细论述了辅助点添加、运动技术。为了进一步提高动态网格质量,提出了针对前后缘运动位置中比较极端的两种位置生成两个初始网格,并采用两种初始网格进行动态网格的生成。结果表明新动态网格方法可以为二维增升装置提供高质量的动态网格。     

飞行器参数化几何建模方法研究

高超声速飞行器的概念设计阶段通常要综合考虑气动力、气动热、飞行弹道、推进系统、结构和控制等多个学科的设计因素,希望通过权衡各个学科得到一个综合性能最佳的设计,即多学科设计优化结果.参数化几何建模是优化设计的基础,本文开展飞行器参数化几何建模的方法研究,利用二次曲线方法与基于类型函数和形状函数的方法,分别进行了两种飞行器几何外形的建模,并进行了初步的气动力计算.通过分析两种建模方法的特点,比较了两种方法在不同情况下的优缺点,提出了在飞行器概念设计阶段几何建模方法的一般选取建议.通过等弧度、等弧长的划分原则,完善了基于类型函数和形状函数方法所生成的表面网格质量.     

具有孔洞和不规则边界的网格参数化技术

针对凸组合参数化方法难以处理具有孔洞的网格模型,以及对不规则边界的网格模型参数化的边界处变形较大的问题,提出了一种新的参数化方法,首先通过拟合变分隐式曲面修补网格上的孔洞,并构造出较规则的附加边界,最后采用凸组合参数化方法进行参数化.通过曲面拟合实验表明,该方法引入的附加数据作为曲面拟合数据,最终的拟合曲面在孔洞以及边界处具有较好的光顺性,且该方法已应用于复合材料成型模具快速设计中的参数化曲面构建.     

薄壁结构的加筋布局优化设计

采用拓扑优化方法研究了薄壁结构的加筋布局优化问题.考虑到航空航天领域薄壁加筋结构的大量使用与结构形式的复杂性,提出了一种适用于有限元自由网格剖分的加筋设计新方法--几何背景网格法.该方法一方面通过定义几何背景网格的大小,实现了加筋设计域内任意离散网格沿加筋高度方向的布局参数化定义;另一方面,通过背景网格曲线坐标系下的定义,实现了三维曲面薄壁壳结构的加筋布局设计.采用该方法分别对平面结构与曲面薄壁结构进行了以结构刚度最大为目标的加筋优化设计.数值结果表明,所提出的方法能有效获得合理的加筋布局.     

薄壁结构的加筋布局优化设计

采用拓扑优化方法研究了薄壁结构的加筋布局优化问题。考虑到航空航天领域薄壁加筋结构的大量使用与结构形式的复杂性,提出了一种适用于有限元自由网格剖分的加筋设计新方法——几何背景网格法。该方法一方面通过定义几何背景网格的大小,实现了加筋设计域内任意离散网格沿加筋高度方向的布局参数化定义;另一方面,通过背景网格曲线坐标系下的定义,实现了三维曲面薄壁壳结构的加筋布局设计。采用该方法分别对平面结构与曲面薄壁结构进行了以结构刚度最大为目标的加筋优化设计。数值结果表明,所提出的方法能有效获得合理的加筋布局。     

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。     

逆向工程中曲面重构算法研究与实现

给出了基于坐标测量机测得的海量数据重新构造样板物体的数字化表面模型的算法流程。该算法首先利用部分测量数据构造张量积的B样条网格曲面,通过确定适当的检查点,并计算检查点到所构造的B样条网格曲面间的距离,从而控制重构曲面的构造精度。讨论了与文中算法相关的空间点到NURBS曲面间的距离计算等问题。给出了1个工程应用实例,表明该算法稳定可靠、效率较高。     

飞翼气动优化中参数化和网格变形技术

几何参数化和网格变形是飞行器气动外形数值优化迭代过程中的两个关键技术。基于非均匀有理B样条(NURBS)的自由型面变形(NFFD)技术对几何表示形式具有普适性,距离权函数(DWF)网格变形技术具有计算快速和网格拓扑无关性,两者广泛应用于曲面优化。基于NFFD技术改进了反求参数的Newton迭代算法,并通过提高物面附近网格刚度改进的距离权函数(IDWF)技术使其适用于更大程度的网格变形。还提出了改进后的参数化和网格变形两种技术并行计算的具体实现算法。结合离散伴随方法,使用参数化和网格变形技术,实现了由NACA0012初始翼型到飞翼标准翼型EH1590的反设计;针对某飞翼标模完成了单点全机升阻比优化,升阻比提高约18%。数值结果表明,建立的NFFD和IDWF动网格技术可满足飞翼气动外形优化参数化和快速网格变形的需求。     

5坐标加工中干涉检测的凸包算法研究

提出了运用凸包法解决在五坐标中加工干涉的算法.在干涉检测中用了一种算法,即快速检测法,快速检测法通过使用曲面的控制网格获得刀具的可行位置.在快速检测中,根据参数曲面的凸包特性粗检现行的刀具方向与凸包之间是否存在干涉,若不存在,则刀具方向是可行的;否则,则不可行.     

三维复杂几何外形的表面三角形网格自动生成

按点－线－面的层次数据结构,选取几种有代表性的曲线曲面,实现了三维复杂外形的表面描述。采用曲面到平面的保形变换,在平面内由阵面推进法自动生成三角形网格,实现了三维复杂外形的表面三角形网格自动生成。     

实用计算机流体力学在外挂物分离方面的应用—状态报告

文章叙述了实用计算流体力学在外挂物分离方面的应用。内容包括：1．评估轨迹所使用的计算流体力学和轨迹综合方法；2．生成计算网格的方法和所需资源；3．评估挂架载荷和在计算的轨迹上的外挂物的位置和姿态、以及离机距离与时间的关系；4．评估计算流体动力学过程所使用的参数，包括收敛速率、人工－小时和网格生成所需时间、所使用的计算机资源和对复制结果所需的人员技能。     

基于CATIA三维数模的复合材料复杂曲面展开

采用高斯曲率评估曲面的可展程度,基于复合材料构件的CATIA三维数模,提取三维数模中的铺层信息,生成曲面展开所需要的单层曲面,在CATIA复合材料模块下对铺层曲面进行产品性能分析,确定曲面的不可展性,通过CATIA的"分析与仿真"功能中的高级网格划分模块对单层曲面进行有限元分析,计算出三角网格曲面模型上各点的离散高斯曲率,根据离散高斯曲面曲率最大值所在点,生成将曲面分开的剪口路径,最终将曲面进行展开.     

航天器结构变形几何重构技术研究

为解决航天器工作过程受力发生变形使计算网格模型无法实时更新的问题,引入了结构变形几何重构思想。采用多款工程软件协同,根据静力学分析的变形结果依次转换导出、曲面修复及壳体实体化等步骤进行几何重构,实现模型的实体生成。研究计算机图形学的点云库作为另一种几何重构思路,包括点云边界识别、曲面拟合、面组缝合及实体化等算法生成标准实体文件。以中国空间站模型为对象,出舱牵引系统中的导轨作为主要结构件,采用工程软件方法实现了导轨变形的几何重构,验证了航天器结构变形几何重构技术在载人航天领域应用的可行性。     

一种基于约束框架的棱柱网格生成方法

提出了一种基于约束框架的棱柱网格生成方法,即利用物面网格节点与背景结构框架网格之间的单一映射关系线性插值生成棱柱网格。背景结构框架网格基于TFI方法生成。物面网格节点与背景框架网格之间的映射关系通过一种线性投影方法建立。然后通过V型槽、圆球、M6机翼和F6翼身组合体四种不同外形对该棱柱网格生成方法进行了测试,测试结果表明该方法能够避免棱柱网格生成中的网格交叉现象,保证棱柱网格的成功生成。该方法在棱柱网格质量控制、棱柱网格局部修改等方面具有较好的效率和优势,但背景框架网格的生成依然是该方法的一个瓶颈,需要进一步的研究。