载荷约束下的孔结构阵列设计及应用
发布时间：2021-11-02 11:31
孔结构特征在人们的生活中随处可见,在曲面上根据孔结构的阵列设计也特别地多,如运动鞋面上的透气孔和北京鸟巢建筑设计等,除了可以减少材料的使用,曲面孔结构设计还应能够根据曲面所受外界载荷因素驱动孔结构阵列特征的分布,满足用户期望的具有功能性网格孔结构,然而,单纯地对物体挖孔就是一个去材的过程,很容易地削弱一个物体的完整性,我们希望开发出一套系统,它能根据在载荷约束下的曲面上,通过优化孔结构分布和孔的间隙率,使网格曲面具有一定的功能性,同时兼顾美学、稳定性和材料使用效率来尽可能满足用户目的优化。由于自由曲面的复杂性以及怎样建立载荷约束与用户优化目的的联系等,使得研究存在一定的困难。本文针对自由网格曲面上孔结构阵列式分布设计中存在的若干难点进行研究,主要研究内容及成果有以下几个方面:（1）确定用户所要求曲面在受载荷下具有怎样的功能性,建立载荷与用户所要求功能的联系,设计出一套系统,通过优化孔结构分布和孔的间隙率,达到优化用户指定功能的一种个性化设计,采用以载荷作为输入的参数,将载荷大小转化成一种权值的方法来驱动孔结构分布设计,。（2）基于测地距离计算在三维网格曲面的维诺图,借助加权重心维诺图性...
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
孔结构设计在产品制造领域的应用
2的孔隙结构，可以实现功能化产品设计，在提高了孔结构设计效率和设计的直观性的同时，也大大降低用户操作的复杂性，丰富了产品设计制造。图1.2曲面载荷、孔结构分布、物理性能关系根据功能需求对载荷下的网格曲面孔特征进行主动设计，实现宏观尺度结构及形貌特征的协同设计与优化，存在许多理论和技术方面的问题，是对数字化设计与制造理论新的挑战。基于受载荷约束下的网格曲面的多孔结构设计方法研究，当前还存在以下几个难点：（1）如何处理孔结构特征较好约束依附于复杂的自由网格曲面，快速对网格开孔以及网格融合处理；（2）网格曲面孔结构模型建模，不但要满足用户个性化的需求，还应当尽量减少对网格曲面的破环程度，保证一定的支撑包裹等物理性能要求同时，设计出符合人们审美的产品。（3）网格曲面上的孔结构设计，载荷约束和孔结构几何约束的关系没有较好的明确定义，难建立优化模型以满足用户需求设计。
31.2相关研究现状1.2.1网格曲面上孔结构设计孔结构设计依照其所在的区域，可以分为在网格模型体内和在网格模型表面这两种，本文主要研究的是在网格曲面上的孔结构设计。Schumacher等人[1]提出了一种类似于艺术剪纸的形式对曲面孔结构的方法，用户首先创建一个装饰图案用于美学孔洞模型设计，这种装饰图案由一系列的模板图案组成，这些模板按照纹理贴图[2-5]的形式，将2D纹理参数化映射到目标网格曲面生成3D纹理[6-9]，在网格曲面构建能量分布函数的形式，能量函数是为了优化孔结构美观、稳定和材料效率而设计的。通过迭代优化能量函数，达到实现结合美学和孔结构的功能性目标的优点的网格孔洞建模设计，但是该方法对纹理参数化映射有较强的依赖性，只能是适用于不太复杂的网格曲面，如图1.3所示。图1.3人体工学椅子设计胡俊等人[10]提出构建曲面平滑方向场作为场向分布设计，利用参数化边界环对网格曲面挖孔处理，为阵列排布设计[11-13]提供了新的方法。孔洞位置的分布是根据两组两组等值分布线相交的位置确定的，由于所实现的曲面孔结构是通过阵列的形式设计的，孔洞的位置都是均匀分布的，而且
【参考文献】：
期刊论文
[1]网格曲面上自由形状特征交互式阵列设计[J]. 胡俊,刘斌,黄常标,江开勇. 计算机集成制造系统. 2019(01)
[2]User controllable anisotropic shape distribution on 3D meshes[J]. Xiaoning Wang,Tien Hung Le,Xiang Ying,Qian Sun,Ying He. Computational Visual Media. 2016(04)
[3]采用半边编码的三角网格拓扑数据结构[J]. 张应中,谢馥香,罗晓芳,王钦瑞. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(02)
[4]网格曲面上自由形状特征设计重用[J]. 黄锦池,刘斌. 机械工程学报. 2015(19)
[5]网格曲面上测地B样条曲线交互操作与重用[J]. 刘斌,韩林,林俊义,黄常标,江开勇. 机械工程学报. 2012(09)
[6]STL格式文件拓扑重建及快速切片算法研究[J]. 杨光,刘伟军,王维,田凤杰. 现代制造工程. 2009(10)
[7]STL数据快速拓扑重建关键算法[J]. 戴宁,廖文和,陈春美. 计算机辅助设计与图形学学报. 2005(11)
[8]STL格式文件的拓扑重建方法研究[J]. 张翔,廖文和,程筱胜,戴宁,安涛. 机械科学与技术. 2005(09)
硕士论文
[1]网格曲面上几何特征阵列式设计及应用[D]. 胡俊.华侨大学 2018
本文编号：3471898
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
孔结构设计在产品制造领域的应用
2的孔隙结构，可以实现功能化产品设计，在提高了孔结构设计效率和设计的直观性的同时，也大大降低用户操作的复杂性，丰富了产品设计制造。图1.2曲面载荷、孔结构分布、物理性能关系根据功能需求对载荷下的网格曲面孔特征进行主动设计，实现宏观尺度结构及形貌特征的协同设计与优化，存在许多理论和技术方面的问题，是对数字化设计与制造理论新的挑战。基于受载荷约束下的网格曲面的多孔结构设计方法研究，当前还存在以下几个难点：（1）如何处理孔结构特征较好约束依附于复杂的自由网格曲面，快速对网格开孔以及网格融合处理；（2）网格曲面孔结构模型建模，不但要满足用户个性化的需求，还应当尽量减少对网格曲面的破环程度，保证一定的支撑包裹等物理性能要求同时，设计出符合人们审美的产品。（3）网格曲面上的孔结构设计，载荷约束和孔结构几何约束的关系没有较好的明确定义，难建立优化模型以满足用户需求设计。
31.2相关研究现状1.2.1网格曲面上孔结构设计孔结构设计依照其所在的区域，可以分为在网格模型体内和在网格模型表面这两种，本文主要研究的是在网格曲面上的孔结构设计。Schumacher等人[1]提出了一种类似于艺术剪纸的形式对曲面孔结构的方法，用户首先创建一个装饰图案用于美学孔洞模型设计，这种装饰图案由一系列的模板图案组成，这些模板按照纹理贴图[2-5]的形式，将2D纹理参数化映射到目标网格曲面生成3D纹理[6-9]，在网格曲面构建能量分布函数的形式，能量函数是为了优化孔结构美观、稳定和材料效率而设计的。通过迭代优化能量函数，达到实现结合美学和孔结构的功能性目标的优点的网格孔洞建模设计，但是该方法对纹理参数化映射有较强的依赖性，只能是适用于不太复杂的网格曲面，如图1.3所示。图1.3人体工学椅子设计胡俊等人[10]提出构建曲面平滑方向场作为场向分布设计，利用参数化边界环对网格曲面挖孔处理，为阵列排布设计[11-13]提供了新的方法。孔洞位置的分布是根据两组两组等值分布线相交的位置确定的，由于所实现的曲面孔结构是通过阵列的形式设计的，孔洞的位置都是均匀分布的，而且
【参考文献】：
期刊论文
[1]网格曲面上自由形状特征交互式阵列设计[J]. 胡俊,刘斌,黄常标,江开勇. 计算机集成制造系统. 2019(01)
[2]User controllable anisotropic shape distribution on 3D meshes[J]. Xiaoning Wang,Tien Hung Le,Xiang Ying,Qian Sun,Ying He. Computational Visual Media. 2016(04)
[3]采用半边编码的三角网格拓扑数据结构[J]. 张应中,谢馥香,罗晓芳,王钦瑞. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(02)
[4]网格曲面上自由形状特征设计重用[J]. 黄锦池,刘斌. 机械工程学报. 2015(19)
[5]网格曲面上测地B样条曲线交互操作与重用[J]. 刘斌,韩林,林俊义,黄常标,江开勇. 机械工程学报. 2012(09)
[6]STL格式文件拓扑重建及快速切片算法研究[J]. 杨光,刘伟军,王维,田凤杰. 现代制造工程. 2009(10)
[7]STL数据快速拓扑重建关键算法[J]. 戴宁,廖文和,陈春美. 计算机辅助设计与图形学学报. 2005(11)
[8]STL格式文件的拓扑重建方法研究[J]. 张翔,廖文和,程筱胜,戴宁,安涛. 机械科学与技术. 2005(09)
硕士论文
[1]网格曲面上几何特征阵列式设计及应用[D]. 胡俊.华侨大学 2018
本文编号：3471898
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3471898.html
