面向数控加工的网格曲面规范化方法研究

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随着CAE技术的发展,有限元仿真分析技术可以准确预测和补偿成形缺陷,因此基于有限元补偿模型的数控加工可以大大缩短产品开发的周期。三角网格模型因具有数据结构简单、拓扑适应能力强和造型快速灵活等特点,被广泛应用于CAE/CAM领域的工程软件中。因此研究有限元分析完成后面向数控加工的三角网格具有重要意义。论文研究的主要对象是冲压成形有限元仿真分析过程中采用自适应细分并修边后的三角网格模型,该模型基于STL文件进行数据处理时,存在许多缺陷。本文针对这些缺陷进行了研究分析,提出了处理效果较好的解决办法,旨在获得面向数控加工的高质量三角网格模型。论文主要完成了以下工作:首先,利用空间点到曲面的距离公式和牛顿迭代法,研究了三角划分后的网格曲面与其原始曲面的逼近程度,并得出CAE软件自由曲面三角划分的原则。其次,研究了CAE软件冲压仿真过程中三角网格自适应细分的准则,分析了三角网格自适应细分对网格模型和其STL文件的影响,并找出影响后续数据处理的由自适应产生的三角形顶点,提出了一种基于三角形外接圆和线段长度的解决办法。再次,通过研究存储三角网格数据模型的STL文件格式,利用STL文件中三角形的顶点信息与其法向量的逻辑关系,对三角网格曲面上的边进行有序化,针对三角网格模型修边后边界上出现的四边形缺口,提出一种基于三角形有序边的解决办法。最后,结合Loop细分对处理好的三角网格曲面进行全局细分和自适应细分的算例验证,分析缺陷处在细分后的变化,并分析细分后曲面上网格的质量。算例表明本文方法对冲压自适应三角网格修边后的处理具有良好的效果,对后续网格曲面的数控刀具路径规划具有重要意义。
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