基于STL文件的边界建模软件改进研究

发布时间：2017-12-15 21:23

  本文关键词：基于STL文件的边界建模软件改进研究

  更多相关文章： STL文件 边界建模 网格划分 离散元法 软件改进 OpenMP

【摘要】：随着科学技术的发展以及国家战略的指导,多年来我国的农业机械化水平一直在稳步提升。在农业机械化的大规模开展中,粮食收割过程中造成的损失已经不可忽视,因此设计制造一个高效率的农机部件的重要性不言而喻。在传统的机械设计中,通常以现有经验为指导通过手工计算绘图等方式对机械零部件进行设计制造,尽管设计的结果在刚强度等方面可以满足要求,但由于经验性和盲目性,不仅设计制造的周期较长,而且设计的准确性差,不能达到最优的结果。现代机械设计中,通过计算机辅助设计可以减少设计劳动量、提高设计速度和设计质量,并且利用计算机仿真技术对设计结果进行模拟仿真,若不符合预期效果,则可以进行快速地修改再出图,最后可以将符合要求的产品模型输入到数控加工的设备里,加工出精确的产品来。在对农业机械部件进行模拟仿真时,是在模拟参数设置下利用离散元法对颗粒与颗粒之间、颗粒与机械部件之间的相互力学作用进行研究分析,根据运动学和动力学规律,使得颗粒与机械部件按照指定的方式运动,达到模拟真实情况的目的。在此之前的一个重要过程是,对机械部件进行网格划分,建立其边界模型,边界模型的质量直接影响到后面仿真计算的准确性。为了对各种复杂的农机部件进行准确的边界建模,同时为了摆脱在基于CAD软件的二次开发中对特定软件的依赖,建立不同CAD平台边界建模的通用方法,课题组采用了基于STL文件进行边界建模这一方法。本文在课题组的前期工作基础上,对边界建模软件进行了一些优化,并且增加了一些用户友好的新功能,使得整个边界建模软件更加完善。新软件同时提供了对于两种类型的STL文件的读取,程序可以自动判断读取的文件类型并正确读取文件内容。在建立拓扑结构时,为多个分离实体的情形提供处理方案,提高了程序的边界提取能力。在合并共面过程中,提供了角度控制来间接保证网格划分的精度。在网格划分过程中,为了某些特定情形下的需要,增加了均匀网格的生成。实体模型的网格划分结束后,通常需要为某些部件增加运动属性或材料属性,用户可以根据合并共面时的平面编号来为整个实体模型边界或其中一部分边界增加属性,从而提供更真实的模拟效果。虽然经过完善的基于STL文件的边界建模软件可以对实体模型提供正确的边界建模,但还存在一些性能上的问题。对于复杂的实体模型,其网格划分速度往往比较慢,用户在界面处的等待时间过长。针对此问题,本文做了两方面改进:一方面开启一个后台工作者线程来完成整个建模过程,使得用户在等待过程中仍然可以对未划分完成的界面进行操作。另一方面,对于主要耗时的网格划分部分利用Open MP进行多核并行来完成,缩短了网格划分的时间,提高了软件的边界建模效率。同时,随着软件功能需求的不断增长,本文增加了边界的导出与导入功能,使得在对同一实体模型的多次仿真计算中可以利用原有边界及属性,省去边界建模的整个过程,为用户提供了方便。同时还利用Open GL技术提供了对模型边界的显示方式以及边界颜色和透明度的设置功能,使得仿真效果更佳真实美观,提供了良好的用户体验。最后,在完成对软件的改进完善后,对本文所做的工作进行了测试验证。结果表明,软件对改进后的结果以及新添加的功能均达到了预期效果,因此本文对基于STL文件的边界建模软件的改进是有效的。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S220;TP391.7

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本文编号：1293468