机械产品数字化设计及关键技术研究与应用

论文题目: 机械产品数字化设计及关键技术研究与应用

论文类型: 博士论文

论文专业: 机械设计及理论

作者: 杨方飞

导师: 阎楚良,陈志

关键词: 数字化设计,虚拟装配,虚拟加工,基于实例的设计

文献来源: 中国农业机械化科学研究院

发表年度: 2005

论文摘要: 产品设计是制造业的灵魂。近年来,信息技术的迅猛发展使得传统的设计方法逐渐为现代设计方法所取代,大批学者对现代设计方法进行了研究。数字化设计技术涵盖了现代设计的最新技术,同时又是现代设计的前提,对其进行深入研究十分必要。尽管目前我国能生产的农业装备品种很多,但产品技术水平、产品结构与发达国家还存在相当差距,究其原因,还是在设计这一源头上没有取得突破性进展。本文试图将数字化设计技术引入农业机械行业,以改变传统农业机械生产方式,朝着提升我国农业装备设计制造的整体水平方向努力。 作者以农业用泵及稻麦联合收割机为切入点,研究了数字化设计的有关理论及技术,其中创新点如下: 研究了虚拟原型技术、网络化产品协同设计、多学科领域设计与仿真的分布式计算模型,在此基础上,提出了基于虚拟原型技术的数字化产品系统开发体系结构,并将其应用于农业机械虚拟产品开发中; 针对目前潜水泵三维实体造型几乎空白的现状,在水力设计结果的基础上研究了关键过流部件的三维建模策略,着重研究了农业用泵的特征建模以及参数化建模技术,并实现了潜水泵零部件自动和半自动的三维实体模型的建立; 为潜水泵的性能预测建立了较完善的CFD分析模型,确定了潜水泵计算的网格模型、流固耦合模型、湍流模型、离散格式、边界条件,最终较准确的实现了潜水泵的虚拟性能测试,对设计的合理性予以验证,并对影响性能的关键部位(叶片、导叶)表面以及关键位置(垂直轴平面)的速度场、压力场进行了分析; 研究了虚拟装配的实现过程,根据产品信息的不同抽象程度,将产品信息分为零件层、装配特征层、几何面层和面片描述层,并借助几何要素与三角形面片之间的映射关系,实现了虚拟环境下潜水泵零部件的重构以及虚拟装配; 研究了对泵性能有关键影响的叶片曲面的虚拟加工仿真,提出了将叶片工作面和背面分开加以考虑,对于可能发生全局干涉和局部刀具干涉的叶片背面进行了快速检查,对于发生干涉的点,利用调整刀具后跟角和侧偏角进行修正。在进行刀具行距和步长计算时,并采用“Iso-scallop”法,以获得最高的加工效率; 将基于实例的设计技术应用于农业机械的设计过程,克服了问题域为病态结构域的机械产品设计过程中基于规则和基于模型推理难以实施的不足,一定程度上解决了知识获取的瓶颈,加速了农业机械产品的开发,提出了一种新的实例动态存储模型,并采用基于模糊相似优先比对相似实例进行判断。 本论文是在国家自然科学基金课题“新型农业用泵虚拟设计与智能仿真系统集成研究”以及正在申请的自然科学基金课题“新型联合收割机数字化设计新技术及其系统设计”背景下,对机械产品数字化设计技术研究的探索,研究成果对于农业机械其它产品的研发也具有一定的指导意义。

论文目录:

摘要

Abstract

目录

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简写列表

第一章 绪论

1.1 现代设计

1.1.1 产品设计在保证产品质量过程中的地位

1.1.2 传统设计与现代设计

1.1.3 现代设计的一般流程

1.2 现代设计理论、设计模型和设计方法

1.2.1 现代设计理论

1.2.2 设计模型的研究

1.2.3 设计方法

1.3 数字化产品开发基础

1.3.1 现代产品开发技术的发展趋势

1.3.2 数字化产品开发

1.3.3 数字化产品开发的特点

1.4 基于实例推理的技术及其在设计中的应用

1.4.1 基于实例的推理

1.4.2 基于实例的设计

1.5 论文的主要工作

1.6 论文的组织结构

第二章 基于虚拟原型的数字化产品协同开发体系

2.1 虚拟原型概述

2.1.1 物理原型

2.1.2 虚拟原型技术的定义、分类以及适用范围

2.2 基于虚拟原型的网络化协同设计与仿真的分布式计算模型

2.2.1 网络化产品协同设计的概念

2.2.2 网络化协同设计的集成模型

2.2.3 VP协同设计与仿真的分布式计算模型

2.3 虚拟原型协同设计与仿真的运行管理

2.4 数字化产品开发体系结构

第三章 数字化产品建模

3.1 实体模型的描述

3.1.1 线框几何模型

3.1.2 曲面几何模型

3.1.3 实体几何模型

3.2 特征造型

3.2.1 特征技术产生的背景

3.2.2 特征的定义

3.2.3 特征造型的特点和作用

3.2.4 特征模型的建立方法

3.3 参数化设计

3.4 数字化产品建模平台

3.4.1 Pro／TOOLKIT的特征描述法建模编程机理

3.4.2 Pro／TOOLKIT的族表法参数化建模机理

3.5 泵结构的三维建模

3.5.1 泵体、叶轮盖板等的自动建模

3.5.2 叶片、导叶的建模

第四章 数字化设计开发的仿真

4.1 农业用泵内流场的数值仿真

4.1.1 概述

4.1.2 数值模拟的基本方程

4.1.3 湍流方程的求解

4.1.4 计算区域的划分

4.1.5 网格生成技术

4.1.6 边界条件

4.1.7 计算求解

4.2 支持装配的数字化设计

4.2.1 虚拟装配的含义、类别及意义

4.2.2 支持虚拟装配的虚拟现实系统存在的问题

4.2.3 面向虚拟装配的产品层次信息表达

4.2.4 CAD模型工程语义信息的提取

4.2.5 虚拟装配中碰撞检测的实施方法

4.2.6 虚拟环境下潜水泵的虚拟装配

4.3 潜水泵空间曲面叶片的虚拟加工仿真

4.3.1 虚拟加工技术研究现状

4.3.2 空间曲面加工数控机床轴数的选择

4.3.3 空间曲面无干涉刀位轨迹的算法分类

4.3.4 空间曲面叶片的无干涉刀位轨迹算法

4.3.5 叶片虚拟加工仿真实例

第五章 基于实例推理及其在设计中的应用

5.1 基于实例的推理

5.1.1 CBR的背景

5.1.2 CBR与其它问题求解方法的比较

5.1.3 使用CBR的条件

5.1.4 CBR的流程

5.2 基于实例的设计

5.2.1 设计问题分析

5.2.2 设计的认知模型

5.2.3 CBD的相关文献

5.3 实例的存储

5.3.1 常见的计算机存储实例的组织结构

5.3.2 动态存储模型

5.4 相似实例的检索与判断

5.4.1 常见的检索策略

5.4.2 基于模糊优先比的相似度量

5.4.3 水泵设计相似实例判断的实例

第六章 数字化设计在农业机械中的应用实例

6.1 潜水泵数字化设计系统结构

6.2 零件数字化模型

6.2.1 水力设计CAD

6.2.2 泵结构的三维造型

6.3 数字化仿真

6.3.1 虚拟装配

6.3.2 CFD分析

6.3.3 虚拟加工

6.4 数字化设计技术在新型联合收割机中的应用

第七章 结论

7.1 全文总结

7.1.1 理论方面的工作

7.1.2 实践方面的工作

7.2 展望与建议

参考文献

致谢

作者简历

发布时间: 2005-09-16

参考文献

• [1].信息物理融合的机电产品数字化设计关键技术研究[D]. 张洪昌.华中科技大学2012

相关论文

• [1].基于知识仓库的虚拟产品协同开发技术研究[D]. 成尔京.四川大学2004
• [2].机械产品快速创新设计及其关键技术的研究[D]. 高常青.山东大学2006

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