本文關(guān)鍵詞：仿生微結(jié)構(gòu)幾何建模技術(shù)研究

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【摘要】：仿生作為人類學(xué)習(xí)自然的手段,為工業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新注入了新的活力。隨著生物仿生原理的日益完善,高精度微尺度的仿生數(shù)字化幾何建模成為一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。本文在對(duì)仿生微結(jié)構(gòu)理論分析的基礎(chǔ)上,開展了仿生微結(jié)構(gòu)幾何建模的研究。論文主要研究工作如下:(1)針對(duì)微結(jié)構(gòu)單元的幾何建模問題,分別提出了內(nèi)、外微結(jié)構(gòu)單元的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法。首先,表面微結(jié)構(gòu)以三維重建的鯊魚皮盾鱗模型為樣本,提出了基于功能的參數(shù)定義,構(gòu)建了形狀變形編輯的表面單元結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。其次,內(nèi)部微結(jié)構(gòu)以基于隱式曲面構(gòu)造的多孔結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象,提出了密度可控的多孔結(jié)構(gòu)幾何建模算法。(2)針對(duì)表面微結(jié)構(gòu)單元的排布幾何建模問題,提出了基于表面矢量場(chǎng)的排布優(yōu)化算法。首先,研究了生物表面微結(jié)構(gòu)單元的排布規(guī)律;然后,采用離散網(wǎng)格表面矢量場(chǎng)傳播算法,并結(jié)合Centroidal Voronoi Tessellations算法實(shí)現(xiàn)表面微結(jié)構(gòu)單元方向場(chǎng)控制與目標(biāo)表面區(qū)域劃分;最后,通過網(wǎng)格融合技術(shù)使得微結(jié)構(gòu)單元與目標(biāo)網(wǎng)格表面無縫融合,最終實(shí)現(xiàn)了微結(jié)構(gòu)單元的排布幾何建模。(3)針對(duì)基于物理屬性的多孔微結(jié)構(gòu)建模技術(shù),提出了密度可控的內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)生成方法。首先,研究了基于應(yīng)力分布的內(nèi)部微結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法,通過截面分析獲得在給定載荷條件下的應(yīng)力分布,以此估算模型的最小填充率,再采用密度可控的多孔結(jié)構(gòu)建模方法,使多孔填充結(jié)構(gòu)達(dá)到最優(yōu)比強(qiáng)度。其次,研究了質(zhì)心分布可控的內(nèi)部微結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法,通過構(gòu)建“密度-質(zhì)心”優(yōu)化方程,以給定的質(zhì)心、質(zhì)量為約束條件進(jìn)行密度優(yōu)化求解,實(shí)現(xiàn)了模型的平衡性優(yōu)化幾何建模。
【關(guān)鍵詞】：仿生微結(jié)構(gòu) 鯊魚皮 多孔結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 平衡性
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB391;TB303
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 縮略詞11-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 引言12-13
• 1.2 仿生微結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用13-16
• 1.2.1 表面微結(jié)構(gòu)仿生14
• 1.2.2 多孔微結(jié)構(gòu)仿生14-16
• 1.3 仿生微結(jié)構(gòu)幾何建模技術(shù)概述16-19
• 1.3.1 表面微結(jié)構(gòu)幾何建模技術(shù)16-17
• 1.3.2 內(nèi)部微結(jié)構(gòu)幾何建模技術(shù)17-19
• 1.4 基于物理屬性幾何建模技術(shù)概述19-21
• 1.5 本文選題背景及研究內(nèi)容21-24
• 1.5.1 選題背景及意義21
• 1.5.2 課題研究內(nèi)容21-24
• 第二章 微結(jié)構(gòu)單元的參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)24-38
• 2.1 引言24-25
• 2.2 基于網(wǎng)格變形技術(shù)的表面微結(jié)構(gòu)單元參數(shù)化設(shè)計(jì)25-33
• 2.2.1 表面微結(jié)構(gòu)單元數(shù)據(jù)采集25-27
• 2.2.2 表面微結(jié)構(gòu)單元語義參數(shù)定義27-28
• 2.2.3 基于Laplacian變形的參數(shù)化幾何編輯系統(tǒng)構(gòu)建28-30
• 2.2.4 基于語義參數(shù)的幾何約束條件構(gòu)建30-31
• 2.2.5 盾鱗模型參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)例31-33
• 2.3 基于隱函數(shù)建模的多孔微結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)33-37
• 2.3.1 基于隱式表達(dá)的多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)33-34
• 2.3.2 曲面單元結(jié)構(gòu)的幾何屬性分析34-35
• 2.3.3 密度可控的梯度結(jié)構(gòu)建模35-36
• 2.3.4 多孔結(jié)構(gòu)曲面三角化36-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第三章 表面鱗狀微結(jié)構(gòu)排布幾何建模技術(shù)38-50
• 3.1 引言38-39
• 3.2 生物表面幾何紋理排布規(guī)律探究39-40
• 3.3 基于生物表面微結(jié)構(gòu)排布規(guī)律的區(qū)域劃分40-45
• 3.3.1 離散網(wǎng)格的矢量場(chǎng)傳播算法40-42
• 3.3.2 基于CVT技術(shù)的表面區(qū)域劃分42-45
• 3.4 基于網(wǎng)格融合技術(shù)的表面鱗狀微結(jié)構(gòu)排布45-48
• 3.4.1 鱗狀微結(jié)構(gòu)參數(shù)化46
• 3.4.2 鱗狀微結(jié)構(gòu)裁剪46-48
• 3.4.3 鱗狀微結(jié)構(gòu)融合48
• 3.5 設(shè)計(jì)實(shí)例與分析48-49
• 3.6 本章小結(jié)49-50
• 第四章 基于物理屬性的多孔微結(jié)構(gòu)建模50-64
• 4.1 引言50-51
• 4.2 基于應(yīng)力分布可控的內(nèi)部微結(jié)構(gòu)優(yōu)化51-58
• 4.2.1 基于泊松重建的網(wǎng)格偏置技術(shù)51-52
• 4.2.2 應(yīng)力狀態(tài)分析52-54
• 4.2.3 最小填充率估算54-55
• 4.2.4 內(nèi)部結(jié)構(gòu)迭代優(yōu)化55-56
• 4.2.5 實(shí)驗(yàn)分析與比較56-58
• 4.3 基于質(zhì)心可控的內(nèi)部微結(jié)構(gòu)優(yōu)化58-63
• 4.3.1 模型預(yù)處理58-59
• 4.3.2 密度-質(zhì)心優(yōu)化方程構(gòu)建59-60
• 4.3.3 質(zhì)心與質(zhì)量約束60-61
• 4.3.4 密度優(yōu)化求解61
• 4.3.5 實(shí)驗(yàn)分析與比較61-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 第五章 總結(jié)與展望64-67
• 5.1 總結(jié)64-65
• 5.2 展望65-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 致謝73-74
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文74-75

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 姚遠(yuǎn);郭明;;模型體結(jié)構(gòu)可控裝配方法[J];計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào);2014年10期

2 劉寶勝;吳為;曾元松;;鯊魚皮仿生結(jié)構(gòu)應(yīng)用及制造技術(shù)綜述[J];塑性工程學(xué)報(bào);2014年04期

3 董洪偉;;網(wǎng)格變形綜述[J];中國圖象圖形學(xué)報(bào);2011年12期

4 張德遠(yuǎn);蔡軍;李翔;姜興剛;韓鑫;陳博;;仿生制造的生物成形方法[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2010年05期

5 ;Study on the micro-replication of shark skin[J];Science in China(Series E:Technological Sciences);2008年07期

6 龔奇?zhèn)?張李超;莫健華;;STL模型自動(dòng)鏤空的算法與應(yīng)用[J];計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào);2007年01期

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本文編號(hào)：815963