异质材料零件的CAD建模理论与技术研究

发布时间：2017-06-08 11:15

  本文关键词：异质材料零件的CAD建模理论与技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：现代制造业对产品的性能要求愈来愈高,由单一材料构成的零件己经难以满足产品对零件的功能或性能需求。近年来,人们提出了“异质材料零件”的概念,是指零件内部由多种材料连续或非连续分布而构成的功能性零件。本论文针对异质材料零件的CAD模型进行材料与结构的并行设计,研究空间微四面体重构的算法,为异质材料零件的一体化设计与制造提供有效的方法,为其进一步的工业化应用奠定基础。 基于快速成型技术领域的彩色STL模型一一三维模型的一种数据格式,采用以细化STL模型的网格节点为基础的空间点云数据集,使得异质材料零件模型的几何重构过程迅速、精确且保证了数据的有序存储。根据零件功能要求用单色STL模型数据表示几何结构和用色彩信息表示材料信息进行零件的并行设计。 这种建模方法利用“材料切片”的概念,按照空间点云数据集映射至每个材料切片的方式进行二维切片的材料定义；建立了材料切片与物理切片的对应关系,使得定义的每层材料切片可直接利用CMYK的三维打印方式进行数字化的加工,为异质材料零件的CAD/CAM一体化奠定了基础。 针对异质材料零件CAD模型的数据处理与分析问题,主要研究了基入Delaunay逐点加入算法完成空间微四面体的重构过程的相关算法,总体设计流程及数据结构等,保证了模型构建过程中的正确性和完整性。 本论文依托课题组构建的一套完整的三维打印成型系统,基于Magics RP软件输出的彩色STL模型,建立了每层切片内的各成型材料信息与微型喷头之间的对应关系,实现了喷头喷射动作的数字化控制。采用微滴喷射技术和快速成型技术的异质材料零件并行设计与制造方法,具有逐点材料精确喷射／堆积的特性,为异质材料零件的制作提供了一种可能手段,并且能将材料的制备和零件的制造统一起来,为异质材料零件的数字化设计与快速精确制造的一体化提供了一种新型模式。 在开发的异质材料零件成型系统上进行的测试结果显示,本建模方法可有效解决含有多种材料的异质材料零件的材料定义问题,并在多种非规则材料分布的定义方面显现出其较为柔性的特点。对异质材料零件的建模与成型进行了实施与验证,论文对相关数据信息进行了分析与处理。 论文最后总结了所做的主要工作和创新点,并对未来的研究方向进行了展望。
【关键词】：异质材料零件 空间点云数据 空间微四面体 快速成型 三维打印
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH122
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 论文研究的背景9-10
• 1.2 国内外研究现状和趋势10-13
• 1.2.1 异质材料零件的研究现状10-12
• 1.2.2 异质材料零件的研究发展方向12-13
• 1.3 课题研究内容及其意义13-15
• 1.4 论文主要工作及内容安排15-16
• 第2章 异质材料零件的基础研究16-25
• 2.1 引言16
• 2.2 异质材料零件设计与制造流程16-17
• 2.3 异质材料零件建模方法17-21
• 2.3.1 空间点云模型18-19
• 2.3.2 STL模型数据表示19-20
• 2.3.3 三维模型的构建20-21
• 2.4 Delaunay三角剖分算法的研究21-24
• 2.4.1 Voronoi图22-23
• 2.4.2 Delaunay三角剖分的优化准则23-24
• 2.4.3 Delaunay四面体剖分原理24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 基于空间点云数据的异质材料零件数字化模型25-35
• 3.1 引言25
• 3.2 异质材料零件的数字化设计25-26
• 3.3 异质材料零件的几何模型表示26-29
• 3.3.1 外轮廓几何表示及STL模型细化27
• 3.3.2 异质材料模型的轮廓节点获取27-28
• 3.3.3 空间微四面体的构造28-29
• 3.4 异质材料零件的材料建模表示29-31
• 3.4.1 特征节点的获取29
• 3.4.2 材料特征节点定义29-30
• 3.4.3 节点间线性插值算法30-31
• 3.5 应用实例31-33
• 3.6 本章小结33-35
• 第4章 空间微四面体重构的算法实现35-49
• 4.1 引言35
• 4.2 程序总体流程35-38
• 4.2.1 算法设计35-36
• 4.2.2 随机扰动36-37
• 4.2.3 超四面体的生成37-38
• 4.3 数据结构38-41
• 4.3.1 基本数据类型的定义38-39
• 4.3.2 数据处理39-41
• 4.4 函数介绍41-45
• 4.4.1 四面体信息41
• 4.4.2 约束信息41-42
• 4.4.3 信息存储42
• 4.4.4 Delaunay三角化的核心算法42-43
• 4.4.5 约束边和约束面的检测和恢复43-44
• 4.4.6 后续数据处理函数44-45
• 4.5 Delaunay三角剖分的实现45-46
• 4.6 应用实例46-48
• 4.7 本章小结48-49
• 第5章 异质材料零件的成型实验及结果分析49-62
• 5.1 引言49-50
• 5.2 异质材料零件的模型设计50-53
• 5.2.1 彩色STL模型50
• 5.2.2 异质材料零件几何信息与材料信息的并行设计50-51
• 5.2.3 材料喷射控制51-52
• 5.2.4 数据加工流程52-53
• 5.3 基于微滴喷射技术的成型方法53-54
• 5.4 成型制造软件54-58
• 5.4.1 功能模块组成54-56
• 5.4.2 三维打印机加工软件56-58
• 5.5 实验结果及分析58-61
• 5.5.1 实验过程58-60
• 5.5.2 结果分析60-61
• 5.6 本章小结61-62
• 第6章 总结与展望62-64
• 6.1 论文总结62-63
• 6.2 研究展望63-64
• 参考文献64-70
• 在读期间发表的学术论文及研究成果70-71
• 致谢71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 杨钦,徐永安,陈其明,谭建荣;三维约束Delaunay三角化的研究[J];计算机辅助设计与图形学学报;2000年08期

2 蔡中义,李明哲;散乱分布数据曲面重构的光顺-有限元方法[J];软件学报;2003年04期

3 杨睿;贾振元;郭东明;;理想材料零件材料信息表述及处理的研究[J];中国机械工程;2006年02期

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本文编号：432363