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复杂管道模型CAD曲面自动生成方法及其等几何分析研究
| 论文题名： | 复杂管道模型CAD曲面自动生成方法及其等几何分析研究 |
| 关键词： | 复杂管道模型;曲面自动生成;管状工程结构;剪切曲面;等几何分析;Reissner-Mindlin壳 |
| 摘要： | 管状工程结构被广泛应用于建筑、车辆、航空航天、水利工程等多个领域。采用基于布尔和运算的实体几何(CSG)造型技术成为了构建管状工程结构CAD模型的常规方法。然而，布尔和运算通常导致CAD模型包含大量剪切曲面，导致出现过多的重叠和狭缝，会给后续分析和制造带来诸多不便。以往的研究中，可利用某些特定的方法构建高阶光滑的曲面，但过程繁琐复杂，次数较高且较为耗时。此外，这些方法不便于调节管状结构曲面的形状，而且管道拼接仅限于少量的曲面，而工程应用中要求管道模型造型技术尽可能高效和快速。鉴于此，本文发展了一种可直接利用线框模型快速构建无缝无重叠的管道CAD曲面的新造型方法:首先，提取或绘制管道模型的线框模型;其次，将线框模型分解为多个二接头或三接头的组合形式，每个接头的每段曲线采用二次NURBS曲线形式表示;然后，对每个组合形式发展了一套可自动生成G0连续NURBS曲面的局部算法;最后，将这些接头曲面拼接起来构成复杂CAD管道模型。 等几何分析方法(Isogeometric analysis)是一种基于精确几何表示的新型数值计算方法。其目的是充分建立CAD和CAE的有效联接，使得利用CAD构造的几何模型无需转化便可直接应用于CAE的分析计算中，避免了传统有限元较为耗时的网格重划分过程。等几何分析利用高阶连续的样条基函数(NURBS、T样条等)，将几何造型、分析及设计优化过程纳入到相同的模式下（即采用一致的数学语言），真正实现了工业设计的一体化过程。相比于传统方法，其精确性和高效性对提高产品的性能和产品加速进入市场具有重要的意义。本文在详细介绍了等几何分析基本思想的同时，给出了基于Reissner-Mindlin退化壳理论的等几何分析列式，用于管状结构的静力学壳分析。 论文借助Rhinoceros软件提取复杂B-rep模型的线框模型，使用C++编程语言生成NURBS曲面的控制点、权因子等几何信息。利用MATLAB2008和ACIS软件对生成的几何模型进行显示，并将该算法成功用于某电动车车身骨架CAD模型的重构。本文还给出基于Reissner-Mindlin壳体理论，并对某电动车车身骨架的CAD模型结构做了静力学等几何分析。 |
| 作者： | 张月伟 |
| 专业： | 计算数学 |
| 导师： | 胡平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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