八叉树细化功能梯度材料零件体素模型的描述与分析方法

发布时间：2021-03-04 20:41

　　采用体素模型可以解决传统建模难以满足几何信息和材料信息融合的问题,体素单元尺寸的大小直接影响模型精度和模型数据量,当使用大尺寸体素单元体素化功能梯度材料零件时,描述该模型需体素单元数量较少,但模型精度较低,模型曲面和材料梯度过渡区阶梯效应比较明显,梯度过渡区材料组分变化不够平滑。为此,提出了一种利用八叉树细化体素模型局部体素单元的方法,解决了体素单元尺寸和体素模型数据量之间的矛盾;在此基础上,使用APDL将局部细化后的体素模型转换为ANSYS有限元模型进行相关性能分析。试验结果表明:细分算法保证体素模型在使用较少数据的同时拥有较高精度;体素模型转换为ANSYS有限元模型后可以直接进行网格划分、加载等操作。 

【文章来源】：现代制造工程. 2020,(08)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

功能梯度材料零件的描述和分析过程

首先设置单一体素单元尺寸,用体素单元中心坐标表示体素单元坐标,离散模型最小包围盒,得到组成STL模型的所有体素单元的空间坐标;然后依次计算每个三角面片的最小包围盒,使用体素单元尺寸离散三角面片的最小包围盒。为保证模型体素单元的唯一性,将三角面片最小包围盒离散得到的体素单元坐标与模型最小包围盒离散得到的体素单元坐标相对应,得到组成三角面片的体素单元,如图2c所示。依次离散所有三角面片得到模型所有表面体素单元,如图2d所示。1.1.1 计算组成三角面片的体素单元

离散三角面片最小包围盒后得到构成矩形的一系列体素单元。剔除一部分不属于三角面片的体素单元以便准确表示三角面片,确定体素单元所属三角面片,如图3所示。剔除方法:首先计算体素中心点O(x,y,z)在三角面片ABC所在平面的垂点O′(x′,y′,z′),点O′坐标的计算方法如下。

【参考文献】：
期刊论文
[1]增材制造中STL模型三角面片法向量自适应分层算法研究[J]. 田仁强,刘少岗,张义飞.  机械科学与技术. 2019(03)
[2]快速成形领域的多材料零件表示算法[J]. 张争艳,王小平,胡吉全,陈定方,陶孟仑.  机械工程学报. 2013(03)
[3]基于空间微四面体的异质材料零件建模方法[J]. 朱玉芳,杨继全,王昌明.  机械工程学报. 2012(01)
[4]基于八叉树的三维网格模型体素化方法[J]. 吴晓军,刘伟军,王天然.  工程图学学报. 2005(04)



本文编号：3063883