龟壳壳体的结构反求与分析

论文摘要

反求设计已成为先进制造技术的重要环节,技术跟踪的重要手段。现在的反求大多是产品的实物反求,而产品需要不断优化,技术跟踪也不断进行;大自然缔造了很多优秀的生物结构,如龟壳,经过数亿年的自然优化趋于完美,具有高强度、流体阻力小、曲面简约等优点。因此对其结构反求展开研究,具有重要的理论和实际意义。本文以龟壳实体为研究对象,分析比较了几种常见的数据测量方式,选择发展最成熟、测量精度最高的三坐标测量机对龟壳进行数据采集。较为深入地研究了数据处理技术,提出了最小距离法和向量角度法相结合的扫描线数据精简算法。以Pro/ENGINEER Wildfire2.0为软件平台,对基于Pro/E的逆向工程技术进行了研究。讨论了以边界为中心的曲面重构方法,提出利用Pro/SCAN-TOOLS进行简单曲面重构的方法以及一种把Pro/SCAN-TOOLS与造型工具相结合的自由曲面重构方法,基于处理后的龟壳数据点云进行了拟合重建,得到了龟壳外表面的自由曲面,并对曲面重构误差进行了分析。研究了应用Pro/Mechanica软件进行有限元分析的方法,对重建的龟壳模型进行了结构有限元分析。并在此基础上修改、分析,得到了力学性能不变、便于制造的龟壳派生模型。为研究龟壳的力学性能,将龟壳派生模型与球冠模型进行结构分析对比。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 逆向工程
• 1.1.1 逆向工程的概念和特点
• 1.1.2 逆向工程的应用领域
• 1.1.3 逆向工程的研究现状与发展趋势
• 1.2 几何造型技术
• 1.2.1 CAD 几何造型技术
• 1.2.2 自由曲面造型理论和方法
• 1.3 课题研究意义及主要研究内容
• 1.3.1 课题研究意义
• 1.3.2 课题的主要研究内容
• 第2章 龟壳的数据测量和预处理方法
• 2.1 实物数据测量技术
• 2.1.1 接触式测量
• 2.1.2 非接触式测量
• 2.2 数据测量方法分析与对比
• 2.3 适于龟壳结构反求的测量方法
• 2.3.1 龟壳自由曲面的测量规划
• 2.3.2 龟壳的数据测量
• 2.4 龟壳的测量数据预处理
• 2.4.1 测量数据分类
• 2.4.2 噪声点剔除
• 2.4.3 特征提取
• 2.4.4 数据精简
• 2.4.5 龟壳测量数据预处理结果
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于Pro/E 的龟壳自由曲面重构
• 3.1 自由曲面理论
• 3.1.1 自由曲面的表示
• 3.1.2 Bezier 曲线曲面
• 3.1.3 B-spline 曲线曲面
• 3.1.4 NURBS 曲线曲面
• 3.2 曲面重构的方法
• 3.3 基于Pro/ENGINEER 软件的曲面重构技术
• 3.3.1 Pro/ENGINEER 软件及其逆向模块
• 3.3.2 基于Pro/SCAN-TOOLS 的曲面重构方法
• 3.4 龟壳的自由曲面重构
• 3.5 龟壳曲面重构误差分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 龟壳重构模型的结构有限元分析
• 4.1 基于Pro/ENGINEER 的有限元分析
• 4.1.1 Pro/Mechanica 模块简介
• 4.1.2 Pro/Mechanica Structure 的主要功能
• 4.1.3 Pro/Mechanica 结构分析的一般过程
• 4.2 龟壳重构模型的有限元分析
• 4.2.1 龟壳初始模型的建立与分析
• 4.2.2 龟壳派生模型的建立与分析
• 4.3 不同壳体模型的结构对比分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介