基于CSG結(jié)構(gòu)的三維網(wǎng)格劃分技術(shù)在微波管CAD技術(shù)中的應(yīng)用.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值模擬方法的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)已經(jīng)逐漸成為一種試驗(yàn)手段。它可以極大程度地提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和加工周期。其中網(wǎng)格劃分是CAD技術(shù)必不可少的過程，且網(wǎng)格劃分的優(yōu)劣直接影響模擬計(jì)算的準(zhǔn)確性。
　　有限元方法以其良好的邊界逼近和系統(tǒng)化的處理過程而被廣泛應(yīng)用于各種工程設(shè)計(jì)中，它主要采用三角形和四面體的網(wǎng)格單元。電子科技大學(xué)物理電子學(xué)院理論與計(jì)算機(jī)模擬教研室采用有限元方法編寫了微波管模擬器套裝軟件MT

2、SS，該軟件已經(jīng)在國(guó)內(nèi)各主要制管單位得到了廣泛的應(yīng)用。但是在整個(gè)的研究過程中，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格劃分嚴(yán)重制約著求解精度和計(jì)算速度。為了改變這種現(xiàn)狀，自由控制網(wǎng)格顯得越來越重要。
　　在網(wǎng)格劃分之前首先還需要計(jì)算機(jī)建模。目前，人們把三維數(shù)據(jù)模型大致區(qū)分為三個(gè)類別：基于邊界的表示方法（例如：B-rep方法）、基于體的表示方法（例如：CSG方法）和分解模型表示法（例如：因式分解模型法）。
　　本學(xué)位論文主要是針對(duì)基于體的構(gòu)造實(shí)體幾何方法（C

3、onstructive Solid Geometry，CSG）的網(wǎng)格劃分技術(shù)進(jìn)行研究。傳統(tǒng)的CSG構(gòu)圖方法主要采用的是用簡(jiǎn)單并且規(guī)則的體素或者它們之間的位置變換、布爾運(yùn)算來構(gòu)造三維建模實(shí)體，而對(duì)于很多包含有任意曲面的三維實(shí)體，采用傳統(tǒng)的CSG方法可能很難進(jìn)行有效描述（例如，在行波管中大量采用的螺旋線結(jié)構(gòu)）。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，采用了二維二次B樣條曲線和三維二次B樣條曲線來逐段擬合曲線和曲面進(jìn)行實(shí)體構(gòu)圖的程序算法，通過添加2種擴(kuò)展的表

4、述曲線曲面的基本簡(jiǎn)單體素來彌補(bǔ)傳統(tǒng)CSG方法的一些構(gòu)圖缺陷。并將MTSS提供的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體的網(wǎng)格劃分。
　　本論文的主要工作為：
　　1.學(xué)習(xí)了Delaunay三維網(wǎng)格劃分技術(shù)和AFT（波前推進(jìn)法）網(wǎng)格劃分技術(shù)，同時(shí)對(duì)三維網(wǎng)格劃分的基本理論、優(yōu)化方法、發(fā)展趨勢(shì)以及研究意義進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分類和總結(jié)。
　　2.對(duì)CSG構(gòu)圖方法進(jìn)行了深入的研究，對(duì)傳統(tǒng)CSG的缺陷進(jìn)行了分析，選擇了一種樣條曲線擬合曲面圖形的算法。
　

5、　3.給出了一種CSG構(gòu)圖的算法，并且利用C++語言實(shí)現(xiàn)了該算法，介紹了實(shí)現(xiàn)過程的UML圖，將教研室網(wǎng)格劃分軟件生成的文件格式進(jìn)行轉(zhuǎn)化，存儲(chǔ)為CSG結(jié)構(gòu)。
　　4.基于CSG表述圖形的方式，實(shí)現(xiàn)了三維網(wǎng)格剖分算法，采用AFT（波前推進(jìn)法）方法得到面網(wǎng)格，采用Delaunay三角剖分得到體網(wǎng)格，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了網(wǎng)格的后期優(yōu)化。
　　5.論文在最后給出了幾種包含曲面的結(jié)構(gòu)（包括螺旋線）和微波管領(lǐng)域中的電子槍結(jié)構(gòu)、周期高頻結(jié)構(gòu)、