復雜管道模型CAD曲面自動生成方法及其等幾何分析研究.pdf

1、管狀工程結(jié)構(gòu)被廣泛應用于建筑、車輛、航空航天、水利工程等多個領(lǐng)域。采用基于布爾和運算的實體幾何(CSG)造型技術(shù)成為了構(gòu)建管狀工程結(jié)構(gòu)CAD模型的常規(guī)方法。然而，布爾和運算通常導致CAD模型包含大量剪切曲面，導致出現(xiàn)過多的重疊和狹縫，會給后續(xù)分析和制造帶來諸多不便。以往的研究中，可利用某些特定的方法構(gòu)建高階光滑的曲面，但過程繁瑣復雜，次數(shù)較高且較為耗時。此外，這些方法不便于調(diào)節(jié)管狀結(jié)構(gòu)曲面的形狀，而且管道拼接僅限于少量的曲面，而工程應用

2、中要求管道模型造型技術(shù)盡可能高效和快速。鑒于此，本文發(fā)展了一種可直接利用線框模型快速構(gòu)建無縫無重疊的管道CAD曲面的新造型方法:首先，提取或繪制管道模型的線框模型;其次，將線框模型分解為多個二接頭或三接頭的組合形式，每個接頭的每段曲線采用二次NURBS曲線形式表示;然后，對每個組合形式發(fā)展了一套可自動生成G0連續(xù)NURBS曲面的局部算法;最后，將這些接頭曲面拼接起來構(gòu)成復雜CAD管道模型。
　　等幾何分析方法(Isogeometr

3、ic analysis)是一種基于精確幾何表示的新型數(shù)值計算方法。其目的是充分建立CAD和CAE的有效聯(lián)接，使得利用CAD構(gòu)造的幾何模型無需轉(zhuǎn)化便可直接應用于CAE的分析計算中，避免了傳統(tǒng)有限元較為耗時的網(wǎng)格重劃分過程。等幾何分析利用高階連續(xù)的樣條基函數(shù)(NURBS、T樣條等)，將幾何造型、分析及設計優(yōu)化過程納入到相同的模式下（即采用一致的數(shù)學語言），真正實現(xiàn)了工業(yè)設計的一體化過程。相比于傳統(tǒng)方法，其精確性和高效性對提高產(chǎn)品的性能和產(chǎn)品

4、加速進入市場具有重要的意義。本文在詳細介紹了等幾何分析基本思想的同時，給出了基于Reissner-Mindlin退化殼理論的等幾何分析列式，用于管狀結(jié)構(gòu)的靜力學殼分析。
　　論文借助Rhinoceros軟件提取復雜B-rep模型的線框模型，使用C++編程語言生成NURBS曲面的控制點、權(quán)因子等幾何信息。利用MATLAB2008和ACIS軟件對生成的幾何模型進行顯示，并將該算法成功用于某電動車車身骨架CAD模型的重構(gòu)。本文還給出基于