基于VR的板坯连铸机仿真技术研究

论文摘要

近年来,我国经济的快速增长,特别是工业和基本建设的加速,促进了钢铁工业的发展。但连铸项目的投资大、周期长,其规划和设计牵涉技术、经济、社会环境等多方面的因素,因此给连铸机的设计及其设备配置的科学决策带来一定的难度。使用传统的设计手段和方法进行设计已明显不适应连铸市场的发展,面对目前国内外连铸市场日趋激烈的竞争,必须采用新的设计理念和新的设计方法,才能在最短的时间内使设计方案达到满足客户的需求。 近年来,虚拟现实技术已成为计算机科学与其它技术科学领域中研究和开发的热点,其应用也越来越广泛。本文依托凌源钢铁集团公司一机二流板坯连铸机工程开展研究,通过对板坯连铸机工艺流程及设计规划的分析,建立的虚拟板坯连铸机模型,使其在设计期间便能直观地了解到设备结构和投产后实际运行的性能和生产效率,对方案进行评价。通过仿真过程的三维图形的实时动态显示可启发设计者的思维,探索设计方案可能存在的问题,及时提出解决办法,从而避免设计中的失误。提高设计质量,缩短设计和制造周期,能最大的节约设计规划成本。 本文对国内外虚拟现实技术在板坯连铸机设计中的研究及应用情况进行了综述,阐明了对板坯连铸机设计方案进行仿真分析的现实意义。将虚拟现实技术、机械设计技术与板坯热力学仿真结合起来,系统分析了板坯连铸机的特点及需求,提出板坯连铸机虚拟仿真软件的开发思路,并对实现的关键技术进行分析,如机械运动中的碰撞检测、人机交互对仿真过程的控制、仿真统计结果的实时输出等。 通过对板坯连铸机系统进行分析,二次开发建立结晶器、结晶器振动装置、大包、扇形段辊道、旋转辊道等机械设备模型,实现场景的虚拟环境三维模型库。在模型库的基础上建立了整个系统的场景模型。对板坯连铸机作业过程进行分析,利用Vega函数库、OpenGL函数库、在VC++6.0上进行开发,对模型进行驱动,进行二次开发实现了对板坯连铸仿真系统过程的实时参数输入、结果输出等控制。 应用人机交互技术为用户提供方便的输入输出及虚拟场景的浏览功能,使用者可以通过键盘方向键、菜单、快捷键等方式进行漫游,从而加深对设计方案的了解,启发设计者的思维。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景、目的和意义
• 1.2 虚拟现实技术（VR）的发展和现状
• 1.3 连铸的现状以及VR在连铸中的应用
• 1.4 本文主要内容及结构
• 第2章 虚拟现实技术及实现方法
• 2.1 虚拟现实技术及其特点
• 2.1.1 虚拟现实技术
• 2.1.2 虚拟现实技术的特点
• 2.2 Multigen/Vega虚拟仿真软件的特点
• 2.2.1 虚拟现实建模软件
• 2.2.2 Vega软件及二次开发方法
• 2.3 板坯连铸机仿真系统的实现方法
• 2.3.1 基于几何建模的方法
• 2.3.2 模型驱动及碰撞检测技术
• 2.3.3 人机交互控制技术
• 第3章 板坯连铸机生产工艺分析及仿真
• 3.1 板坯连铸机生产工艺分析
• 3.1.1 连铸机基本条件
• 3.1.2 连铸机基本参数及主要组成设备的特点
• 3.1.3 连铸机生产工艺流程
• 3.2 板坯连铸机传热仿真模型
• 3.2.1 最佳拉速与钢水过热度的关系
• 3.2.2 板坯连铸机传热仿真的应用
• 3.3 板坯连铸机仿真系统的功能
• 3.3.1 板坯连铸机仿真系统组成
• 3.3.2 板坯连铸机仿真系统流程模型
• 第4章 板坯连铸机仿真模型库的建立
• 4.1 MultiGen Creator的建模技术
• 4.2 板坯连铸机机械设备的几何建模
• 第5章 板坯连铸机仿真模型的驱动和碰撞检测
• 5.1 板坯连铸机模型的驱动
• 5.2 板坯连铸机作业过程中的碰撞检测
• 第6章 人机交互实现参数化仿真过程的控制
• 6.1 仿真过程对人机交互控制的要求
• 6.2 参数化仿真的实现
• 6.3 参数化仿真的应用
• 第7章 总结及展望
• 7.1 总结
• 7.2 进一步研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 硕士学位期间参与的研究及发表的文章