船舶曲面分段外板重构及其展开技术研究

发布时间：2017-10-11 13:40

  本文关键词：船舶曲面分段外板重构及其展开技术研究

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【摘要】：随着计算机的发展,在汽车、航空、造船等工程制造领域中,曲面展开技术成为毛坯加工尺寸选择和产品外形设计的重要组成部分。由于船舶制造规范需要将船进行分段加工,因而船舶曲面分段外板加工过程的自动化成为当前船舶行业的热点问题。现有船厂的水火加工技术还不能实现钢板的一次成形,如果可以为船舶曲面分段外板加工提供准确有效的数据,对于提高船舶曲面分段外板制造过程的工作效率及利用率有着重要作用。其中,计算机辅助设计(CAD)技术的发展和先进制造技术的采用,是实现船舶钢板自动化加工的重要基础。本文主要运用图形学中常用的非均匀B样条工具进行船舶曲面分段外板的重构。对非均匀B样条曲线两端控制点边界条件进行调整,进行非均匀B样条曲线及曲面的快速反算,通过扩展后的B样条曲面实现了船舶曲面分段外板的重构。之后在曲面重构的基础上进行曲面网格的划分,将自适应网格划分与delaunay三角网格划分结合,实现自适应三角网格的划分。针对船舶曲面分段外板中具有代表性的帆形板与马鞍形板,通过最小二乘法对重构出的参数化曲面进行高斯曲率的估算,得出曲率云图,为验证网格划分结果的准确性提供参考,并将自适应网格划分与常用的多面体网格划分展开后的面积误差进行对比分析以验证自适应划分效果的实用性。在得到三角网格划分结果后,基于三角形网格边长约束,建立最优值求解方程组,调整展开平面网格中各边的边长值,以此得到精确地曲面展开图形。与船厂应用成熟的三角网格展开方法进行曲面展开的面积变化误差对比,以此验证基于边长约束的展开方法的准确性。
【关键词】：船舶曲面分段外板 曲面重构 曲率估算 网格划分 曲面展开
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U671
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 工程背景及研究意义12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 曲面重构国内外研究现状12-13
• 1.2.2 网格划分国内外研究现状13-14
• 1.2.3 曲面展开国内外研究现状14-18
• 1.3 本文的主要研究内容18-21
• 第2章 船舶曲面分段外板重构21-32
• 2.1 基于B样条的船舶曲面分段外板的重构21-22
• 2.2 B样条曲线概述22
• 2.3 三次B样条曲线算法22-26
• 2.3.1 构造非均匀节点矢量23
• 2.3.2 B样条基及反算系数矩阵的构建23-25
• 2.3.3 正算与反算25-26
• 2.4 多控制点B样条插值曲面扩展26-28
• 2.4.1 B样条曲面26
• 2.4.2 正算B样条曲面26-27
• 2.4.3 反算B样条曲面27-28
• 2.5 实例应用28-30
• 2.5.1 曲面分段外板的重构28-29
• 2.5.2 B样条曲面正算29-30
• 2.6 本章小结30-32
• 第3章 船舶曲面分段外板曲率估算32-41
• 3.1 曲率估算预备知识32-34
• 3.2 曲率估算算法34-36
• 3.2.1 Voronoi元方法34-35
• 3.2.2 移动最小二乘法（MLS）35-36
• 3.3 实例应用36-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第4章 船舶曲面分段外板网格划分41-51
• 4.1 Delaunay与曲面细分41-44
• 4.1.1 Delaunay三角网格划分算法41-42
• 4.1.2 蝶形算法42-43
• 4.1.3 Loop算法43
• 4.1.4 多面体算法43-44
• 4.2 自适应三角网格划分（ATM）44-47
• 4.2.1 自适应三角网格划分算法步骤44-45
• 4.2.2 步长选取准则45
• 4.2.3 步长关系调整45-47
• 4.3 实例应用47-49
• 4.3.1 帆形船板应用实例47-48
• 4.3.2 马鞍形船板应用实例48-49
• 4.4 本章小结49-51
• 第5章 船舶曲面分段外板展开51-69
• 5.1 网格映射展开法51-58
• 5.1.1 四边形网格映射展开51-54
• 5.1.2 三角形网格映射展开54-58
• 5.2 基于边长约束的曲面优化展开58-63
• 5.2.1 基于边长约束的曲面优化展开方法58-59
• 5.2.2 最优值求解方程建立59-61
• 5.2.3 求解方程简化及计算61-63
• 5.3 展开误差分析63-65
• 5.3.1 一次误差64
• 5.3.2 二次误差64-65
• 5.4 展开实例65-67
• 5.5 本章小结67-69
• 第6章 总结与展望69-72
• 6.1 工作总结69-70
• 6.2 工作展望70-72
• 参考文献72-75
• 在校期间研究成果75-76
• 致谢76

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本文编号：1012844