本文依托鐵道部科技研究開發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)課題——“鐵路救援起重機(jī)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)研究”,對機(jī)構(gòu)運(yùn)動、吊索運(yùn)動、機(jī)構(gòu)-吊索-負(fù)載運(yùn)動、碰撞接觸、靜止接觸和摩擦等鐵路救援起重機(jī)的一些常見物理行為進(jìn)行可視化模擬的關(guān)鍵理論和技術(shù)進(jìn)行了研究。 首先,本文深入研究了基于約束方法的實(shí)時(shí)剛體模擬和基于有限元模型方法的實(shí)時(shí)軟體模擬的關(guān)鍵理論和技術(shù),完成了實(shí)時(shí)剛體和軟體模擬的相關(guān)理論公式的推導(dǎo),以及系統(tǒng)方程的構(gòu)建和求解過程的推導(dǎo),重點(diǎn)闡述了模擬實(shí)現(xiàn)中的一些關(guān)鍵技術(shù)和方法。 其次,本文重點(diǎn)研究了柔性吊索運(yùn)動的模擬技術(shù)和方法,基于實(shí)時(shí)剛體和軟體模擬理論和技術(shù)的研究工作成功開發(fā)了一個(gè)基于有限元模型方法的實(shí)時(shí)軟體模擬算法庫,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于混合物理模型的吊索物理模型構(gòu)建方法,實(shí)現(xiàn)了具有真實(shí)物理材質(zhì)特性的柔性吊索運(yùn)動的可視化模擬。 最后,本文完成了鐵路救援起重機(jī)常見物理行為可視化模擬在鐵路救援起重機(jī)駕駛模擬器視景仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)。模擬結(jié)果表明本文中實(shí)現(xiàn)的鐵路救援起重機(jī)常見物理行為的可視化模擬滿足自然物理定律,并且能夠和系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互,極大的提高了鐵路救援起重機(jī)駕駛模擬器視景仿真系統(tǒng)的交互性和沉浸感。 本文的研究工...

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景
    1.2 起重機(jī)駕駛模擬器簡介及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 起重機(jī)駕駛模擬器簡介
        1.2.2 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 課題的提出
    1.4 課題的主要研究工作
    1.5 論文的內(nèi)容組織安排
第2章 基于約束方法的實(shí)時(shí)剛體模擬研究
    2.1 概述
    2.2 實(shí)時(shí)動力學(xué)理論
        2.2.1 粒子動力學(xué)
        2.2.2 剛體動力學(xué)
        2.2.3 基于約束的多體系統(tǒng)動力學(xué)
    2.3 碰撞檢測
        2.3.1 空間分割法
        2.3.2 層次包圍盒法
    2.4 碰撞反應(yīng)
        2.4.1 碰撞接觸
        2.4.2 靜止接觸
    2.5 動摩擦和靜摩擦
    2.6 本章小結(jié)
第3章 基于有限元模型方法的實(shí)時(shí)軟體模擬研究
    3.1 概述
    3.2 連續(xù)介質(zhì)力學(xué)
        3.2.1 應(yīng)變
        3.2.2 應(yīng)力
    3.3 線性有限元系統(tǒng)
        3.3.1 靜態(tài)系統(tǒng)
        3.3.2 動態(tài)系統(tǒng)
    3.4 系統(tǒng)求解關(guān)鍵技術(shù)
        3.4.1 Corotational公式
        3.4.2 質(zhì)量、阻尼和剛度矩陣求解
        3.4.3 彈塑性
    3.5 網(wǎng)格組合
    3.6 本章小結(jié)
第4章 基于混合物理模型的柔性吊索模擬研究與實(shí)現(xiàn)
    4.1 概述
        4.1.1 早期研究工作
        4.1.2 吊索模擬要求
    4.2 吊索物理建模分析
        4.2.1 上升、下降階段
        4.2.2 擺動階段
    4.3 基于有限元方法的實(shí)時(shí)軟體模擬算法設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)
    4.4 實(shí)時(shí)軟體模擬算法的關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)現(xiàn)方法描述
        4.4.1 有限元對象生成
        4.4.2 約束求解器
        4.4.3 鉸鏈
    4.5 吊索運(yùn)動可視化模擬實(shí)現(xiàn)
        4.5.1 物理模型構(gòu)建
        4.5.2 碰撞檢測和碰撞處理
        4.5.3 實(shí)時(shí)渲染
    4.6 模擬測試結(jié)果和分析
        4.6.1 實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性測試
        4.6.2 質(zhì)量比測試
        4.6.3 物理材質(zhì)測試
        4.6.4 交互性測試
    4.7 本章小結(jié)
第5章 鐵路救援起重機(jī)常見物理行為可視化模擬的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)
    5.1 鐵路救援起重機(jī)模擬器視景仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        5.1.1 鐵路救援起重機(jī)模擬器原型概念機(jī)系統(tǒng)簡介
        5.1.2 系統(tǒng)功能需求分析
        5.1.3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    5.2 救援起重機(jī)結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)分析
        5.2.1 結(jié)構(gòu)分析
        5.2.2 機(jī)構(gòu)分析
    5.3 鐵路救援起重機(jī)模型及虛擬救援工作環(huán)境構(gòu)建
        5.3.1 建模方法分析
        5.3.2 渲染模型構(gòu)建
        5.3.3 碰撞模型構(gòu)建
        5.3.4 物理模型構(gòu)建
        5.3.5 虛擬救援工作環(huán)境構(gòu)建
    5.4 鐵路救援起重機(jī)常見物理行為的可視化模擬實(shí)現(xiàn)
        5.4.1 視景驅(qū)動
        5.4.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動模擬
        5.4.3 機(jī)構(gòu)-吊索-負(fù)載運(yùn)動模擬
        5.4.4 碰撞接觸、靜止接觸和摩擦模擬
    5.5 模擬結(jié)果分析
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論和展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研情況



本文編號：3938706