四次带参广义Bézier曲面构造与光滑拼接技术

基于一组带参数的四次广义Bernstein基函数,构造了一种带多形状参数λ、γi的四次广义Bézier曲面,该曲面不仅保留了传统Bézier曲面的性质,而且具有优良的形状可调性,同时还以四次Bézier曲面为其特殊情形;其次,详细分析了该曲面的一些基本性质,以及讨论了该曲面的一些特殊退化曲面的构造;最后,为了解决造型设计中复杂曲面难以用单一曲面表示的问题,进一步研究了该曲面的拼接技术,推导了两相邻四次带参广义Bézier曲面片间G1和G2光滑拼接的几何条件,并给出了具体的拼接步骤与几何造型实例。实例结果表明,所提方法不仅简单有效且易实现,可应用于工程复杂曲面的构造与外形设计中。     

三角网格模型变形设

提出了一种三角网格模型变形算法,采用最小二乘法求解三角网格模型变形设计的参考曲面,将网格顶点向参考曲面投影,建立网格顶点与投影点间的映射关系,通过调整参考曲面控制顶点,根据投影点位移量调整网格顶点坐标,采用三角Bézier曲面理论进行网格模型光顺处理,实例证明该方法可准确控制模型形状,有效提高三角网格模型的光顺性及变形设计效率.     

n次λ-Bézier曲线光滑拼接的连续性条件

针对n次λ-Bézier曲线造型中的复杂曲线难以用单一曲线来构造的问题,研究了该曲线光滑拼接时的连续性条件。通过分析λ-Bézier曲线的基函数及其端点性质,给出了相邻两段λ-Bézier曲线间C1、C2和G1、G2光滑拼接的充要条件;最后,给出了λ-Bézier曲线光滑拼接的具体步骤与几何造型实例,并分析了形状参数对拼接后曲线形状的影响规律。实例结果表明,所提方法不仅易实现且简单有效,在工程复杂曲面的构造与外形设计中将有一定的应用价值。     

基于Bézier曲面的车身A级曲面反求算法

传统的Bézier曲面控制顶点的反求算法在型值点的参数值为0时,计算公式中会出现分母为0的情况,导致程序的计算结果不准确.通过对型值点的参数化值进行分类讨论,将参数值为0的型值点单独处理,改进了mχn次Bézier曲面控制顶点的反求算法.实例验证,改进后的算法得出的控制顶点结果准确,生成的曲面满足A级曲面的光顺性要求.     

四次带参Bézier旋转曲面设计

针对传统旋转曲面绘制中存在计算复杂和形状难以调节的问题,提出了一种带形状参数的旋转曲面设计方法。该方法基于超限向量值有理插值函数的基本思想,利用带形状参数的四次Bézier曲线来进行旋转曲面的设计,并得到生成整个旋转曲面的一个显式函数表达式。所生成的旋转曲面不仅计算简单,而且具有灵活的局部形状可调性。最后,对所设计的旋转曲面进行形状与性质分析,并给出了一些旋转曲面的几何造型实例。实例结果表明,所提方法不仅直观、有效,而且易于修改旋转曲面的形状,可以在工程旋转曲面的构造与外形设计中得到应用。     

车身曲面重构中特征消失的处理方法

车身设计是汽车开发的关键步骤,而曲面特征消失现象在车身曲面设计中是普遍存在的,采用恰当处理方法,对快速高质量的完成车身开发具有重要的意义.介绍了B6zier曲面连续性条件和曲面特征消失的概念;总结了在车身曲面设计中曲面特征消失的两种基本情况,并给出了对应的处理方法;最后以UG软件为平台,通过工程实例,说明曲面特征消失的处理方法是可行的.     

连杆类模具终锻型腔曲面几何形状描述

采用双三次均匀Ｂ样条曲面方法，研究了连杆类模具型腔曲面的几何形状，提出了一种改进的处理倒角圆弧曲面的方法，给出了一种解决三角域导矢边界条件的处理方法。研究结果表明，采用Ｂ样条曲面方法描述连杆类模具型腔这种复杂曲面几何形状是可行的。该方法简便，逼近程度好     

基于参数L系统的葡萄果枝生长可视化研究

为实现葡萄整株可视化,建立基于生理发育时间的葡萄果枝生长模拟及可视化模型。利用田间试验实测数据资料(2015~2016年),基于Slogisitc3方程和参数L系统,对葡萄果枝节间长和直径生长动态及拓扑结构进行模拟,并以Bézier曲面对果枝器官几何形态进行构建。同时借助L-studio4.4平台,实现葡萄果枝动态生长可视化模拟。结果表明该方法可仿真生成葡萄果枝及可视化生长,且真实感达到应用设计基本要求。     

轴流式水轮机叶片曲面重构技术

详细讨论了散乱点云数据采集、点云数据的预处理、点云三角化、采用NURBS为基础的曲面重构方法以及曲面光顺与精度检测等方面内容,为具有自由曲面特征的叶片类部件提供了曲面重构流程.针对基于散乱数据的轴流式水轮机叶片外形曲面重构问题,在阐述模型重构过程基本理论的基础上,根据曲面特征进行区域分块,提出了基于流线和轴面截线构造矩形域曲面片的方法,获得了符合设计要求的叶片实体模型.研究结果表明：该方法重构的数字化模型具有良好的光顺性和精确性,为后续作业奠定了基础,为逆向工程技术应用于流体机械行业提供了客观依据.     

基于响应曲面法的氟塑料两相流泵优化设计

为提高氟塑料两相流离心泵的效率及降低磨损率,基于离散颗粒模型(DPM)对氟塑料两相流泵内部流场进行模拟仿真,结合FINNIE磨损模型,对泵叶轮的磨损情况进行预测,采用响应曲面法,以叶轮的主要几何参数为变量,构建各优化目标的数学模型,利用Matlab绘制上述6个叶轮外形参数与各优化目标之间的3D响应面图形,并通过Matlab统一各数学模型,对SJB400-250-300型氟塑料离心泵叶轮的外形参数组合进行寻优,得到最优参数组合.研究结果表明,氟塑料离心泵叶轮的各外形参数之间存在交互性影响,当叶轮进口直径D₁、叶片包角φ、叶片进口安放角β₁、出口角安放角β₂、叶片出口宽度b₂取高水平,叶轮出口直径D₂取低水平时,能够获得更好的综合性能,优化获得模型相较于原模型,效率提升8.98%、磨损率下降了6.64%.通过对参数和优化目标间的交互关系进行分析总结,得到了叶轮各几何参数及各性能参数之间交互作用对优化目标的影响,为氟塑料两相流离心泵的性能优化设计提供依据.     

一种基于车身曲面重建的三角网格曲面参数化方法

三角网格曲面的参数化是车身曲面重建过程中的一个重要环节。三角网格曲面参数化是一个由3D到2D的可逆变换,可将对三角网格曲面的操作转化为对二维平面网格的操作,这样就大大地减小了应用操作的复杂性。在车身曲面重建的基础上研究了一种既保角又保面积的参数化方法,并判断其是否适应于车身曲面重建过程中的三角网格参数化。通过VC6.0编程结合UG软件为平台,应用车身实例来实现这种参数化方法的算法。     

虚拟植物果实的可视化建模技术研究

为了有效、逼真地描述植物果实的外部特征,实现植物果实形态结构的数字化设计和可视化模拟,以柑橘为例,提出了一种植物果实的可视化建模方法.该方法采用Bézier曲线拟合柑橘果实的外轮廓,模拟出果实的大致形状,利用MapL系统来对柑橘表面凹凸的局部特征性进行模拟,并给出了柑橘果实模型的实例.实验表明,该方法能够模拟多种柑橘果实的外观特征,并具有较好的真实感效果,易于构建虚拟植物果实的生长模型.     

水电站金属蜗壳的几何计算与应用

采用球族包络面的方法推导出蜗壳曲面方程，将方程应用于计算蜗壳的外形曲线、剖面形状、表面面积及展开，并与工程实例的相应值进行比较和分析。     

基于局部点云的苹果外形指标估测方法

为了获取果实生长期的外形参数指标,监控果实发育状况,提出了一种基于局部点云的苹果外形指标估测方法。该方法可以通过局部点云数据估测苹果的体积、高度、直径等外形指标参数。利用椭球曲面方程构建苹果几何模型,并计算苹果几何模型的高度、直径、体积。使用Kinect V2相机从任意角度获取点云数据,采用直通滤波法去除点云数据的背景,用包围盒算法精简点云得到苹果局部点云数据后,采用粒子群算法将苹果局部点云数据与苹果模型进行空间匹配,并用遗传算法求解苹果最优匹配模型的参数,利用苹果最优匹配模型参数估测与其匹配的真实苹果的外形指标。实验采集了250个苹果顶部、侧面和底部的局部点云数据,使用本文方法分别估测了250个苹果在3个角度下的外形指标,并对估测值与真实值进行线性回归分析,各个指标的线性回归拟合度R~2均高于0. 7。其中,侧面拍摄时拟合效果最好,R2最高为0. 948。在各个角度下苹果体积估测的平均误差不大于16. 16 mL,高度估测的平均误差不大于2. 92 mm,直径估测的平均误差不大于2. 35 mm,估测结果的平均误差较小,在允许误差范围内。实验结果表明,基于局部点云的苹果外形指标估测方法具有较强的实用性。     

水电站金属蜗壳的几何计算与应用

采用球族包络面的方法推导出蜗壳曲面方程，将方程应用于计算蜗壳的外形曲线，剖面形状，表面面及开，并与工程实例的相应值进行比较和分析。     

推土铲铲壁设计参数的研究

文中指出世界各国多采用的苏联学者保罗德齐夫等提出的推土铲铲壁设计、作图法,因各个参数选择范围未作合理确定,并满足必要充分条件,计算R值时未考虑α值大小,虽经反复凑整,绘改曲面,但仍不能确保所作铲壁曲面为最合理的几何形状。 本文作者通过对推土铲的系统研究,对铲壁设计参数的选择和计算提出一些新的见解,指出:通过对切土角ε,铲壁倾角ε_D和前翻角β值的数学关系推导计算,可得出满足最佳工况的选择条件。并用选定的铲高和直线区段α值计算R值,可得到满足性能要求,符合必要充分条件的最佳曲面形状。     

触土曲面内蕴几何量对推土板工作阻力的影响

设计了宏观触土曲面准线为圆弧、抛物线和仿生曲线的推土板。通过室内土槽试验测试了3种推土板的工作阻力。建立了3种推土板宏观触土曲面的参数方程,并完成了3种触土曲面第一类基本量E、F和G,曲面第二类基本量L、M和N内蕴几何量计算。得知第一类基本量中的E值和第二类基本量中L值是影响触土曲面工作阻力的重要因素。仿生曲线式推土板触土曲面E值和L值具有较复杂变化趋势,也相应获得了较低的工作阻力。圆弧式推土板则具有相对较大的工作阻力。     

基于FFD方法的离心压气机叶片优化设计与试验

为了改善离心压气机叶片多工况优化设计时面临的设计空间大、冗余搜索、灵活性不足、优化效率低等问题,提出了基于自由曲面变形技术(free form deform, FFD)的离心压气机复杂曲面叶片参数化方法,建立了叶片局部几何区域与三维空间网格控制体的映射模型,研究了样条曲线基函数几何特性对叶片几何构型的影响,实现了离心压气机叶片几何外形的局部精细化改型.结合B样条基FFD参数化方法、多目标进化算法和计算流体动力学对复杂叶片的局部区域进行了多工况气动寻优,优化结果表明:在满足约束条件的情况下,流场结构得到进一步的改善,额定工况和常用工况等熵效率分别提高了0.48%和0.40%,喘振裕度分别提升了1.6%和1.8%,利用较少的设计变量实现了离心压气机复杂曲面叶片高效灵活的精细化设计,为离心叶轮的气动优化设计提供了新的理论依据.     

基于数字化制造的螺旋锥齿轮齿面误差修正

对数字化制造中锥齿轮齿面误差修正理论进行研究.基于实际齿面坐标测量,建立误差曲面公式并给出求解方法;通过以需要调整的参数为设计变量生成的齿面去拟合误差曲面,建立齿面误差修正理论公式,最终求得调整参数修正值;以误差曲面公式和齿面误差修正公式为基础,建立了各阶齿面误差与机床调整参数的关系式;并通过采用单面法和双面法加工齿轮齿面误差的实际算例验证了修正效果.     

液力变矩器导轮叶片曲面构造及其外特性仿真

为实现液力变矩器导轮叶片曲面的高精度构造,提出了一种精度可以调节的叶片曲面拟合算法。应用三坐标测量机获得叶片表面的数据,应用插值型二阶混合有理Bézier曲面拟合其表面。根据叶片的前后表面和侧面间拼接时具有共同边界和在边界上一阶导数连续等边界条件,实现两曲面的光滑连接。采用混合平面理论对由该算法构造的导轮装配的液力变矩器进行外特性仿真。结果表明,该叶片曲面构造算法可以通过调节权因子实现拟合精度的调节,从而可以调节液力变矩器外特性与理论值趋同,可以作为液力变矩器导轮叶片设计的新方法。