本文關(guān)鍵詞：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件多尺度幾何建模技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 復(fù)合材料 層合板 多尺度 幾何建模 NURBS曲面

【摘要】：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有輕量化、高強(qiáng)度、可設(shè)計(jì)等特點(diǎn),在航空航天、船舶、汽車等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著復(fù)合材料需求量的快速增長(zhǎng),其材料可設(shè)計(jì)性帶來(lái)的設(shè)計(jì)成本高等問(wèn)題逐漸突顯,制約了其進(jìn)一步發(fā)展,針對(duì)該問(wèn)題,本文以復(fù)合材料層合板為對(duì)象,研究了復(fù)合材料產(chǎn)品多尺度幾何建模技術(shù),提出了基于自頂向下設(shè)計(jì)理論的結(jié)構(gòu)材料一體化復(fù)合材料產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng),將設(shè)計(jì)過(guò)程分為概念設(shè)計(jì)、幾何設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì),并將該研究成果應(yīng)用于所開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)中。本文以產(chǎn)品的特征化建模為基礎(chǔ),研究了復(fù)合材料產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)與建模方法。根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與材料屬性,建立基于特征信息的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣,在點(diǎn)陣分區(qū)的基礎(chǔ)上建立基于材料屬性的纖維束微觀模型,最終得到集成特征點(diǎn)陣與材料模型的產(chǎn)品概念模型。該模型實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)信息的數(shù)字化,完成了結(jié)構(gòu)信息與材料信息的耦合,體現(xiàn)了復(fù)合材料產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的多尺度性。以上述概念模型為基礎(chǔ),研究了基于NURBS曲面的復(fù)合材料產(chǎn)品幾何建模技術(shù)。建立基于特征點(diǎn)陣的NURBS曲面產(chǎn)品結(jié)構(gòu)幾何模型。針對(duì)復(fù)合材料產(chǎn)品的多尺度特性,建立基于NURBS曲面分割與擬合的產(chǎn)品分區(qū)多層材料幾何模型,并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)階梯層交界區(qū)域的過(guò)渡曲面擬合建模。幾何設(shè)計(jì)最終得到以曲面為基本單元的結(jié)構(gòu)與材料一體化模型,該模型繼承了概念設(shè)計(jì)信息,以宏-細(xì)觀多尺度的方式表達(dá)了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與材料信息。在上述幾何模型的基礎(chǔ)上,研究了基于結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的復(fù)合材料產(chǎn)品工程建模技術(shù)。針對(duì)有限元網(wǎng)格,設(shè)計(jì)了基于NURBS曲面等參線的密度可控結(jié)構(gòu)網(wǎng)格建模算法。針對(duì)復(fù)合材料層合板的工程缺陷,分別設(shè)計(jì)了基于隨機(jī)分布和概率譜分布的單層缺陷位置分布模型,進(jìn)一步建立了隨機(jī)橢球結(jié)構(gòu)的氣泡缺陷微觀單胞模型,與缺陷位置分布模型互為映射。工程設(shè)計(jì)最終得到定義了缺陷信息的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)網(wǎng)格模型,該模型與有限元網(wǎng)格相匹配,完成了宏觀網(wǎng)格與微細(xì)觀缺陷的多尺度化定義,為工程分析及試驗(yàn)提供了模型支撐�；诒疚牡难芯砍晒�,開(kāi)發(fā)了復(fù)合材料產(chǎn)品幾何建模系統(tǒng)。完成了基于Open Inventor渲染核心的原型系統(tǒng)研發(fā),實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、幾何設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)逐層遞進(jìn)的工作流程以及宏觀、細(xì)觀和微觀多尺度化的結(jié)構(gòu)材料同步設(shè)計(jì),并以機(jī)翼蒙皮和J形筋為例驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)合材料 層合板 多尺度 幾何建模 NURBS曲面
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB33
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題背景及研究意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析10-13
• 1.2.1 復(fù)合材料設(shè)計(jì)理論研究現(xiàn)狀10
• 1.2.2 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件多尺度幾何建模技術(shù)研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.3 結(jié)構(gòu)材料統(tǒng)一的信息化建模技術(shù)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.4 復(fù)合材料建模軟件13
• 1.3 綜述與簡(jiǎn)析13-14
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容14-16
• 第2章 復(fù)合材料多尺度幾何建模系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)16-24
• 2.1 引言16
• 2.2 復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)形式及應(yīng)用分類16-18
• 2.2.1 復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)形式16-17
• 2.2.2 復(fù)合材料層合板應(yīng)用分類17-18
• 2.3 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件幾何建模理論基礎(chǔ)18-21
• 2.3.1 特征化陣列點(diǎn)元表示法18-19
• 2.3.2 NURBS曲面表示法19-20
• 2.3.3 等參線結(jié)構(gòu)網(wǎng)格表示法20-21
• 2.4 幾何建模系統(tǒng)總體方案21-22
• 2.5 本章小結(jié)22-24
• 第3章 基于特征的復(fù)合材料概念模型建立24-36
• 3.1 引言24
• 3.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)24-25
• 3.3 復(fù)合材料概念模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)25-26
• 3.4 結(jié)構(gòu)概念模型建立26-33
• 3.4.1 針對(duì)機(jī)翼蒙皮的特征點(diǎn)陣生成算法26-30
• 3.4.2 針對(duì)J形筋的特征點(diǎn)陣生成算法30-33
• 3.5 材料概念模型建立33-35
• 3.5.1 材料屬性定義33-34
• 3.5.2 微觀模型建模算法34-35
• 3.6 本章小結(jié)35-36
• 第4章 基于NURBS曲面的復(fù)合材料幾何模型建立36-48
• 4.1 引言36
• 4.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)36-37
• 4.3 復(fù)合材料幾何模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)37-38
• 4.4 結(jié)構(gòu)幾何模型建立38-41
• 4.4.1 NURBS曲面建模38-39
• 4.4.2 產(chǎn)品曲面控制39-41
• 4.5 材料幾何模型建立41-47
• 4.5.1 基于材料屬性的產(chǎn)品曲面分割41-43
• 4.5.2 基于層合結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品細(xì)觀曲面擬合43-45
• 4.5.3 階梯鋪層區(qū)域NURBS曲面生成45-47
• 4.6 本章小結(jié)47-48
• 第5章 基于結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的復(fù)合材料工程模型建立48-61
• 5.1 引言48
• 5.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)48-50
• 5.3 復(fù)合材料工程模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)50-51
• 5.4 結(jié)構(gòu)工程模型建立51-54
• 5.4.1 基于等參線的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分51-52
• 5.4.2 結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的局部?jī)?yōu)化52-54
• 5.5 材料工程模型建立54-59
• 5.5.1 工程缺陷定義54-55
• 5.5.2 基于單位體積元的氣泡缺陷模型構(gòu)成55-56
• 5.5.3 基于隨機(jī)數(shù)的缺陷模型建模算法56-58
• 5.5.4 基于概率譜的缺陷模型分布算法58-59
• 5.6 本章小結(jié)59-61
• 第6章 復(fù)合材料幾何建模系統(tǒng)軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)61-73
• 6.1 引言61
• 6.2 系統(tǒng)的架構(gòu)和業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)61-64
• 6.2.1 系統(tǒng)架構(gòu)61-63
• 6.2.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程63-64
• 6.3 系統(tǒng)界面及操作流程64-68
• 6.4 實(shí)例驗(yàn)證68-72
• 6.5 本章小結(jié)72-73
• 結(jié)論73-74
• 參考文獻(xiàn)74-79
• 致謝79

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