剛性曲面分割變形理論方法及應(yīng)用研究.pdf

1、曲面造型作為CAD/CAM的核心技術(shù)，是航空、汽車、船舶、影視等領(lǐng)域中設(shè)計(jì)人員重要的設(shè)計(jì)工具。其中，靈活精確、自然高效的曲面變形技術(shù)一直是曲面造型中的研究熱點(diǎn)。已有的曲面變形(deformation)方法不僅需要曲面自身彈性可變，而且變形的過程也不可控。目前還沒有合適的理論方法來研究如何分割完整剛性曲面，進(jìn)而重組離散面片來實(shí)現(xiàn)曲面重復(fù)可控的變形(morphing)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在飛機(jī)機(jī)翼空中變形的過程中，怎樣設(shè)計(jì)像羽翼一樣變

2、形的剛性機(jī)翼蒙皮，成為迫切需要解決的難題。近年來雖然已經(jīng)提出了一些用于可變機(jī)翼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但是沒有合適的剛性蒙皮分割與變形設(shè)計(jì)方法。針對(duì)這種可變蒙皮的設(shè)計(jì)需求，研究一種基于剛性離散面片的曲面分割變形理論，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)該理論的計(jì)算方法，以期望輔助設(shè)計(jì)可以用于變形機(jī)翼的剛性可變蒙皮。
　　首先，提出判斷任意兩條曲線之間相似度的理論評(píng)價(jià)方法，應(yīng)用該方法將曲線分割成許多近似于直線段的離散曲線段。通過曲線離散結(jié)果研究生成離散面片的理論計(jì)算方法，

3、利用該理論建立了相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)了兩種應(yīng)用于可變機(jī)翼設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)算法。一種是分割翼型曲線生成離散面片的算法。該算法根據(jù)變形前后不同的曲線形狀，兩次分割曲線并依照曲線離散結(jié)果劃分完整曲面生成離散面片，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)剛性曲面變形。另一種算法通過將機(jī)翼表面抽象為柱體側(cè)面，研究柱體高度變化時(shí)側(cè)面的橫向與縱向兩次分割，消除分割結(jié)果中的干涉與孔洞，實(shí)現(xiàn)如花瓣展開一樣的剛性曲面變形。
　　其次，提出基于剛性離散面片的曲面分割變形理論，研究該理論

4、在一種可變機(jī)翼結(jié)構(gòu)外包蒙皮設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。該理論首先分析可變結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)變形方式，研究不同變形過程下的曲面離散化和變形計(jì)算方法，以及變形過程中面片之間干涉與孔洞的消除方法。然后針對(duì)可變結(jié)構(gòu)的復(fù)雜變形過程，結(jié)合曲面在計(jì)算機(jī)中的三角網(wǎng)格表示方法，提出了三角面分割變形理論，該理論研究了任意三角形變形的面片生成方法，并設(shè)計(jì)離散面片和相應(yīng)的可變形結(jié)構(gòu)來模擬三角形變形，證明通過三角形變形實(shí)現(xiàn)完整剛性曲面變形的可行性。
　　最后，提出一種使用凸包計(jì)

5、算 Minkowski和的快速干涉檢測算法，用于判斷曲面變形過程中任意兩個(gè)面片之間是否存在干涉現(xiàn)象。通過計(jì)算得到的干涉深度與干涉位置等信息，修正離散面片上發(fā)生干涉的部分，進(jìn)而避免在曲面變形過程中發(fā)生面片交叉、重疊等現(xiàn)象。該方法對(duì)輸入數(shù)據(jù)要求低，運(yùn)算速度快，適用于結(jié)構(gòu)簡單的離散面片。
　　文中還對(duì)所提出的每種剛性曲面分割和變形方法都設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)算法，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了各個(gè)算法的正確性和可行性。應(yīng)用設(shè)計(jì)的曲面分割變形算法和CA