面向飞行器总体设计的虚拟装配约束管理研究

论文摘要

装配是产品生命周期中的重要环节,与一般机械产品相比,飞机产品的零件数目多、空间小、装配过程复杂。计算机仿真技术使数字样机正逐步取代昂贵的物理样机,而虚拟装配技术提供的友好直观的人机界面,使得虚拟环境下的仿真环境和仿真操作更接近于真实世界。因此在虚拟环境下实现飞行器产品的装配仿真,对于预先发现和处理设计错误、降低设计成本、提高产品质量具有重要意义。本文在对国内外约束管理研究和应用进行分析的基础上,研究了装配关系与几何约束的对应关系和装配中常用的几何约束类型,建立了一种基于几何约束的装配约束处理方法,通过有效面片对约束获取、约束优先级判断、约束参数匹配、约束位置匹配和约束有效性检查等分层判断机制进行约束识别。在对约束管理约束求解方法研究的基础上,选择自由度分析法求解本文的约束问题,分析了几何约束与自由度的等价关系,实现了基于自由度归约的精确定位算法。应用表明,该约束处理方法能够完成虚拟装配中的约束识别、精确定位等问题。初步实现了基于CATIA的虚拟设计环境的部分虚拟装配功能,为进一步实现全面逼真的虚拟装配打下了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外虚拟装配研究的发展和现状
• 1.2.1 国外的发展和现状
• 1.2.2 国内的发展和现状
• 1.3 研究背景与内容安排
• 1.3.1 研究背景
• 1.3.2 本文的结构安排
• 第二章 虚拟装配在飞行器总体设计中的应用
• 2.1 虚拟装配技术
• 2.1.1 虚拟现实的概念及其特点
• 2.1.2 虚拟装配的概念
• 2.2 飞行器总体设计过程
• 2.3 虚拟装配技术在飞行器总体设计中的应用
• 第三章 虚拟装配环境及开发平台
• 3.1 虚拟设计环境的开发策略
• 3.1.1 CAD 到VR 的开发策略
• 3.1.2 VR 到CAD 的开发策略
• 3.2 虚拟设计环境系统结构
• 3.3 虚拟设计环境的软硬件
• 3.3.1 硬件设备
• 3.3.2 软件环境
• 3.4 虚拟设计环境实现的关键技术
• 第四章 基于几何约束的自动约束识别
• 4.1 装配关系与几何约束的对应关系
• 4.1.1 装配中常用装配关系与几何约束的对应关系
• 4.1.2 常用装配几何约束
• 4.2 约束管理
• 4.2.1 约束的定义
• 4.2.2 约束的分类
• 4.2.3 约束的表达
• 4.2.4 装配约束管理
• 4.3 虚拟环境下几何约束模型
• 4.4 装配几何约束自动识别规则
• 第五章 基于自由度的精确定位求解及其实现
• 5.1 装配约束求解与自由度分析
• 5.1.1 约束求解方法
• 5.1.2 自由度分析法
• 5.1.3 几何约束与自由度的等价关系
• 5.1.4 自由度归约
• 5.2 虚拟装配精确定位求解方法
• 5.2.1 定位操作过程中位姿变换
• 5.2.2 几何信息表达
• 5.2.3 约束的精确定位求解
• 5.3 应用实例
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文