半序多孔模型建模与仿真技术研究

发布时间：2017-10-13 13:56

  本文关键词：半序多孔模型建模与仿真技术研究

  更多相关文章： 半序多孔模型 CAD/CAE集成 均匀化仿真 增材制造

【摘要】：多孔模型在自然界广泛存在,如骨头、植物根茎等。这些模型经过亿万年自然选择形成,具有质量轻、性能卓越等优良特性,有广泛的产业应用前景。增材制造技术(或三维打印)的快速发展,也使得精确加工此类复杂模型成为可能。本研究提出了一种新型的半序多孔模型,该类多孔模型结构单元相似,且宏观上具有一定规律分布,为高效多孔模型建模和仿真提供了可能。我们研究了半序多孔模型的几何建模及控制方法、快速仿真方法,并开发相关原型系统,使设计者能够创建出复杂多样的半序多孔模型,弥补了通用CAD软件系统对此复杂模型建模能力不足的缺陷,可促进相关领域的研究和应用。具体来说,本文的主要研究工作包括：1、首次提出了半序模型概念,实现了宏观结构与微观单元结构的耦合建模。通过模型六面体网格实现单元宏观控制,通过标准微观单元与一般单元映射实现微观结构统一建模,系首次此类系统研究。2、提出三种微观结构建模方法：基于多边形面网格、基于三向周期性极小曲面(隐式曲面)、以及基于超公式的参数曲面建模方法,可满足不同设计需求。进一步,通过三线性插值方法,建立了标准六面体微观单元到一般六面体微观单元的映射关系。此外,根据用户指定的少量控制点,利用径向基函数进行形变插值,实现了宏观结构的形变控制。3、根据模型单元相似,整体具有规则性的特点,引入了均匀化仿真方法,实现了多孔模型的快速仿真,克服传统有限元方法计算量大的困难。4、基于上述研究工作,构建了多孔模型建模及仿真平台原型,实现了半序多孔模型的建模、编辑和仿真功能。同时,基于此系统测试了模型微观结构与宏观物理属性的关系,为日后相关研究方向的深入开展奠定了良好基础。
【关键词】：半序多孔模型 CAD/CAE集成 均匀化仿真 增材制造
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第1章 绪论13-26
• 1.1 CAD技术简介13-15
• 1.2 常见CAD模型建模方法15-18
• 1.2.1 构造实体几何模型15-17
• 1.2.2 边界表示模型17
• 1.2.3 分解模型17-18
• 1.3 CAD/CAE集成技术18-19
• 1.4 多孔模型的建模与仿真19-24
• 1.4.1 多孔模型概述20-22
• 1.4.2 多孔模型的建模22
• 1.4.3 多孔模型的仿真22-23
• 1.4.4 多孔模型的挑战23-24
• 1.5 本文的研究目标与研究内容24-25
• 1.6 本章小结25-26
• 第2章 半序多孔模型建模26-59
• 2.1 引言26-28
• 2.2 基本定义及需求概述28-29
• 2.3 整体建模方法29-30
• 2.4 微观结构的建模与控制30-47
• 2.4.1 基于多边形面网格的定义方法31-33
• 2.4.2 基于三向周期性极小曲面的定义方法33-38
• 2.4.3 基于超公式的定义方法38-42
• 2.4.4 参数化控制42-45
• 2.4.5 空间取补方法45-47
• 2.5 宏观结构的建模与控制47-52
• 2.5.1 基于六面体的定义方法48-49
• 2.5.2 疏密控制49-50
• 2.5.3 形变控制50-52
• 2.6 标准单元到一般性单元间的映射52-58
• 2.7 本章小结58-59
• 第3章 半序多孔模型仿真59-67
• 3.1 引言59
• 3.2 线弹性力学59-62
• 3.2.1 基本概念59-61
• 3.2.2 平衡方程与弱形式61
• 3.2.3 应变—位移关系61-62
• 3.2.4 本构方程：应力—应变关系62
• 3.3 均匀化仿真方法62-66
• 3.4 本章小结66-67
• 第4章 系统架构与实现67-82
• 4.1 引言67
• 4.2 系统架构67-70
• 4.2.1 分层设计68-69
• 4.2.2 模型—视图—操纵器(MVO)模式69-70
• 4.3 外部依赖库70-72
• 4.3.1 QT70
• 4.3.2 Hoops70-71
• 4.3.3 Open Mesh71
• 4.3.4 Open Volume Mesh71-72
• 4.3.5 CGAL72
• 4.4 测试与验证72-81
• 4.4.1 测试环境说明72-73
• 4.4.2 基于超公式定义的模型测试73-76
• 4.4.3 基于TPMS-P定义的模型测试76-80
• 4.4.4 宏观结构单元密度测试80-81
• 4.5 本章小结81-82
• 第5章 总结与展望82-83
• 参考文献83-87
• 致谢87

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