發(fā)布時(shí)間：2017-10-13 13:56

  本文關(guān)鍵詞：半序多孔模型建模與仿真技術(shù)研究

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【摘要】：多孔模型在自然界廣泛存在,如骨頭、植物根莖等。這些模型經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年自然選擇形成,具有質(zhì)量輕、性能卓越等優(yōu)良特性,有廣泛的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景。增材制造技術(shù)(或三維打印)的快速發(fā)展,也使得精確加工此類復(fù)雜模型成為可能。本研究提出了一種新型的半序多孔模型,該類多孔模型結(jié)構(gòu)單元相似,且宏觀上具有一定規(guī)律分布,為高效多孔模型建模和仿真提供了可能。我們研究了半序多孔模型的幾何建模及控制方法、快速仿真方法,并開(kāi)發(fā)相關(guān)原型系統(tǒng),使設(shè)計(jì)者能夠創(chuàng)建出復(fù)雜多樣的半序多孔模型,彌補(bǔ)了通用CAD軟件系統(tǒng)對(duì)此復(fù)雜模型建模能力不足的缺陷,可促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用。具體來(lái)說(shuō),本文的主要研究工作包括：1、首次提出了半序模型概念,實(shí)現(xiàn)了宏觀結(jié)構(gòu)與微觀單元結(jié)構(gòu)的耦合建模。通過(guò)模型六面體網(wǎng)格實(shí)現(xiàn)單元宏觀控制,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)微觀單元與一般單元映射實(shí)現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)統(tǒng)一建模,系首次此類系統(tǒng)研究。2、提出三種微觀結(jié)構(gòu)建模方法：基于多邊形面網(wǎng)格、基于三向周期性極小曲面(隱式曲面)、以及基于超公式的參數(shù)曲面建模方法,可滿足不同設(shè)計(jì)需求。進(jìn)一步,通過(guò)三線性插值方法,建立了標(biāo)準(zhǔn)六面體微觀單元到一般六面體微觀單元的映射關(guān)系。此外,根據(jù)用戶指定的少量控制點(diǎn),利用徑向基函數(shù)進(jìn)行形變插值,實(shí)現(xiàn)了宏觀結(jié)構(gòu)的形變控制。3、根據(jù)模型單元相似,整體具有規(guī)則性的特點(diǎn),引入了均勻化仿真方法,實(shí)現(xiàn)了多孔模型的快速仿真,克服傳統(tǒng)有限元方法計(jì)算量大的困難。4、基于上述研究工作,構(gòu)建了多孔模型建模及仿真平臺(tái)原型,實(shí)現(xiàn)了半序多孔模型的建模、編輯和仿真功能。同時(shí),基于此系統(tǒng)測(cè)試了模型微觀結(jié)構(gòu)與宏觀物理屬性的關(guān)系,為日后相關(guān)研究方向的深入開(kāi)展奠定了良好基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：半序多孔模型 CAD/CAE集成 均勻化仿真 增材制造
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP391.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第1章 緒論13-26
• 1.1 CAD技術(shù)簡(jiǎn)介13-15
• 1.2 常見(jiàn)CAD模型建模方法15-18
• 1.2.1 構(gòu)造實(shí)體幾何模型15-17
• 1.2.2 邊界表示模型17
• 1.2.3 分解模型17-18
• 1.3 CAD/CAE集成技術(shù)18-19
• 1.4 多孔模型的建模與仿真19-24
• 1.4.1 多孔模型概述20-22
• 1.4.2 多孔模型的建模22
• 1.4.3 多孔模型的仿真22-23
• 1.4.4 多孔模型的挑戰(zhàn)23-24
• 1.5 本文的研究目標(biāo)與研究?jī)?nèi)容24-25
• 1.6 本章小結(jié)25-26
• 第2章 半序多孔模型建模26-59
• 2.1 引言26-28
• 2.2 基本定義及需求概述28-29
• 2.3 整體建模方法29-30
• 2.4 微觀結(jié)構(gòu)的建模與控制30-47
• 2.4.1 基于多邊形面網(wǎng)格的定義方法31-33
• 2.4.2 基于三向周期性極小曲面的定義方法33-38
• 2.4.3 基于超公式的定義方法38-42
• 2.4.4 參數(shù)化控制42-45
• 2.4.5 空間取補(bǔ)方法45-47
• 2.5 宏觀結(jié)構(gòu)的建模與控制47-52
• 2.5.1 基于六面體的定義方法48-49
• 2.5.2 疏密控制49-50
• 2.5.3 形變控制50-52
• 2.6 標(biāo)準(zhǔn)單元到一般性單元間的映射52-58
• 2.7 本章小結(jié)58-59
• 第3章 半序多孔模型仿真59-67
• 3.1 引言59
• 3.2 線彈性力學(xué)59-62
• 3.2.1 基本概念59-61
• 3.2.2 平衡方程與弱形式61
• 3.2.3 應(yīng)變—位移關(guān)系61-62
• 3.2.4 本構(gòu)方程：應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系62
• 3.3 均勻化仿真方法62-66
• 3.4 本章小結(jié)66-67
• 第4章 系統(tǒng)架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)67-82
• 4.1 引言67
• 4.2 系統(tǒng)架構(gòu)67-70
• 4.2.1 分層設(shè)計(jì)68-69
• 4.2.2 模型—視圖—操縱器(MVO)模式69-70
• 4.3 外部依賴庫(kù)70-72
• 4.3.1 QT70
• 4.3.2 Hoops70-71
• 4.3.3 Open Mesh71
• 4.3.4 Open Volume Mesh71-72
• 4.3.5 CGAL72
• 4.4 測(cè)試與驗(yàn)證72-81
• 4.4.1 測(cè)試環(huán)境說(shuō)明72-73
• 4.4.2 基于超公式定義的模型測(cè)試73-76
• 4.4.3 基于TPMS-P定義的模型測(cè)試76-80
• 4.4.4 宏觀結(jié)構(gòu)單元密度測(cè)試80-81
• 4.5 本章小結(jié)81-82
• 第5章 總結(jié)與展望82-83
• 參考文獻(xiàn)83-87
• 致謝87

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