一种基于STL文件的铸件表面三角网格生成算法

发布时间：2021-03-04 05:52

　　提出了一种基于STL模型的铸件表面三角网格生成算法。将STL模型划分为多个子区域,并将子区域的边界映射到二维平面生成网格,再将二维网格反映射回三维曲面,最后拼接各个子区域网格生成一个完整的曲面网格。利用基于k-d树的最近邻查找算法对反映射过程进行改进,降低了反映射的时间复杂度,整体提高了网格生成效率。铸件算例表明,算法生成的网格质量良好。 

【文章来源】：特种铸造及有色合金. 2020,40(07)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

技术路线图

该数据结构的核心思想是将三角面片的一条边分裂成两条有方向的边，所以称为半边数据结构，见图2，其几何意义见图2a。半边数据结构主要由顶点、半边、面3种对象组成，见图2b。半边数据结构中的顶点对象表示三角形网格中的结点，其中保存了顶点的三维坐标信息，同时记录了从该点出发的一条半边。图2a中半边E1以顶点V为起点，可以通过顶点V访问到半边E1。由此建立起顶点与半边之间的拓扑关系。

为保证重新生成的表面网格不丢失原始STL模型的重要特征信息，首先提取输入STL模型的几何特征边。通过共用同一条边的两个三角面片的夹角来判断该边是否为特征边。首先设置夹角阈值α，然后遍历组成STL模型的边。对于每一条边，根据拓扑关系得到一对对称的半边，并据此得到共用该边的两个三角面片。首先计算这两个三角面片的法向量夹角γ，根据三角面片夹角β与法向量夹角互补得到γ，见图3。若β>α，则该边为特征边。由于STL模型中可能存在空洞、裂缝等错误，因此模型中存在一些边界边。由于不存在两个三角面片共用边界边，故在上述遍历过程中忽略这些边界边。采用基于深度优先搜索的子区域生成算法进行子区域生成。子区域生成的过程为：选中一个三角面片作为子区域的初始三角面片，然后沿着该三角面片的3条边进行扩展，将相邻的三角面片也加入到该子区域，当满足扩展终止条件时停止该方向上的扩展。有3种情况可以导致在该方向上停止扩展：(1)该边相邻的三角面片已经加入到其他子区域；(2)该边是特征边；(3)该边相邻的三角面片的法向量与当前子区域中三角面片夹角超过阈值。

【参考文献】：
期刊论文
[1]钛合金框架铸件铸造变形和应力的数值模拟[J]. 崔新鹏,张晨,范世玺,南海.  特种铸造及有色合金. 2015(03)
[2]铸造计算机模拟仿真技术现状及发展趋势[J]. 周建新.  铸造. 2012(10)
[3]注塑模CAE用实体模型的表面网格模型生成方法[J]. 杨晓东,冯晓峰,申长雨.  塑料工业. 2004(05)
[4]基于STL的注塑模CAE前处理系统的实现[J]. 成学文,李德群,周华民.  塑料科技. 2002(01)

博士论文
[1]自适应表面网格生成研究[D]. 梁义.浙江大学 2009
[2]面向工程与科学计算的表面网格处理方法的若干问题研究[D]. 陈立岗.浙江大学 2008
[3]自适应有限元网格生成算法研究与应用[D]. 单菊林.大连理工大学 2007



本文编号：3062678