【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種適用于自由變形參數(shù)化的幾何約束計(jì)算技術(shù)
[0001]本專利技術(shù)屬于工程設(shè)計(jì)與優(yōu)化
，具體涉及一種適用于自由變形參數(shù)化的幾何約束計(jì)算技術(shù)。
技術(shù)介紹
[0002]高精度優(yōu)化技術(shù)在流體動(dòng)力、工程結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，對(duì)于航空航天飛行器、或船舶、或汽車的整體外形曲面或局部外形曲面，幾何變形是其中的重要一環(huán)。自由變形方法(Free Form Deformation，F(xiàn)FD)主要基于彈性物體受力變形的思想，將欲變形的幾何外形曲面嵌入在一個(gè)控制體當(dāng)中，變形時(shí)通過(guò)改變控制體的形狀，間接改變控制體內(nèi)的幾何外形曲面。與常規(guī)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design，CAD)軟件的二次開發(fā)相比，無(wú)需生成幾何外形，不需要具備很強(qiáng)的幾何知識(shí)儲(chǔ)備，具有變形操作簡(jiǎn)單、變形過(guò)程連續(xù)光滑、適用于任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶、汽車等的優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
[0003]但在航空航天飛行器、或船舶、或汽車的整體外形曲面或局部外形曲面的設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，為了滿足內(nèi)部設(shè)備、電池等的裝載要求，還需滿足一定的幾何約束，包括厚度約束和體積約束。對(duì)于FFD參數(shù)化方法來(lái)說(shuō)，其在優(yōu)化過(guò)程中的每一迭代步，均需通過(guò)改變控制體的形狀對(duì)三維幾何外形曲面進(jìn)行變形，從而改變其幾何約束。考慮到FFD參數(shù)化方法與CAD參數(shù)化方法的不同，適用于CAD參數(shù)化的傳統(tǒng)幾何約束計(jì)算方法不再適用。因此，亟需提出一種適用于自由變形參數(shù)化的幾何約束計(jì)算方法，以滿足航空、航天、船舶、汽車等優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中的幾何約束要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種過(guò)空間點(diǎn)O
p
沿設(shè)定方向與幾何外形曲面相交的交點(diǎn)計(jì)算方法，所述幾何外形曲面為航空航天飛行器、或船舶、或汽車的整體外形曲面或局部外形曲面；其特征在于，包括以下步驟：S11、對(duì)初始幾何外形曲面進(jìn)行三角形網(wǎng)格化，轉(zhuǎn)換為由多個(gè)三角形平面組成的離散曲面；S12、計(jì)算過(guò)空間點(diǎn)O
p
沿設(shè)定方向與離散曲面中三角形平面的交點(diǎn)O
′
p
在笛卡爾坐標(biāo)系中的坐標(biāo)S13、對(duì)幾何外形曲面構(gòu)建基于B樣條的FFD控制體，將交點(diǎn)O
′
p
嵌入所述FFD控制體中，計(jì)算交點(diǎn)O
′
p
在所述FFD控制體的參數(shù)化局部坐標(biāo)具體包括：S131、將幾何外形曲面包圍的FFD控制體為：式中，{P
i,j,k
|i＝0,
…
,N
u
?
1；j＝0,
…
,N
v
?
1；k＝0,
…
,N
w
?
1}為FFD框體的控制點(diǎn)在笛卡爾坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；N
u
、N
v
、N
w
分別為笛卡爾坐標(biāo)系中x,y,z方向上控制點(diǎn)的數(shù)量；N
i,p
(u)、N
j,p
(v)和N
k,p
(w)分別為參數(shù)化空間(u,v,w)中u,v,w維度上的p階B樣條基函數(shù)；u,v,w維度上的參數(shù)化變量均為區(qū)間[0,1]內(nèi)的變量；S132、對(duì)FFD控制體在參數(shù)化空間(u,v,w)沿各維度進(jìn)行等分：沿u方向的參數(shù)化空間[0,1]劃分為M
u
等分，沿v方向的參數(shù)化空間[0,1]劃分為M
v
等分，沿w方向的參數(shù)化空間[0,1]劃分為M
w
等分，則參數(shù)化空間中的每個(gè)等分點(diǎn)在笛卡爾坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為l＝0,
…
,M
u
；m＝0,
…
,M
v
；n＝0,
…
,M
w
；分別計(jì)算每個(gè)等分點(diǎn)與交點(diǎn)O
′
p
的距離：取使得d
l,m,n
值最小的等分點(diǎn)在參數(shù)化空間的坐標(biāo)(u0,v0,w0)作為Newton法迭代的初始值；S133、以(u0,v0,w0)作為初始值，采用Newton法迭代求解交點(diǎn)O
′
p
在所述FFD控制體的參數(shù)化局部坐標(biāo)具體優(yōu)化問(wèn)題如下：s.t.u,v,w∈[0,1]其中V(u,v,w)為FFD控制體內(nèi)參數(shù)化坐標(biāo)(u,v,w)對(duì)應(yīng)的笛卡爾坐標(biāo)；迭代收斂條件為：|d
t
?
d
t
?1|≤ε，ε為預(yù)設(shè)的迭代誤差閾值，t為迭代次數(shù)，d
t
為根據(jù)第t次迭代后O
′
p
在FFD控制體的參數(shù)化局部坐標(biāo)的優(yōu)化值計(jì)算的距離誤差；迭代后獲得的參數(shù)化局部坐標(biāo)的優(yōu)化值(u
′
,v
′
,w
′
)即為交點(diǎn)O
′
p
在所述FFD控制體的參
數(shù)化局部坐標(biāo)2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交點(diǎn)計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟S12具體為：遍歷離散曲面中的三角形平面，判斷所述三角形平面與空間點(diǎn)O
p
沿設(shè)定方向是否有交點(diǎn)：根據(jù)所述三角形平面三個(gè)頂點(diǎn)ap0、ap1、ap2的坐標(biāo)構(gòu)建方程：其中(x
p
,y
p
,z
p
)為空間點(diǎn)O
p
的坐標(biāo)；(x0,y0,z0)為ap0的坐標(biāo)，(a,b,c)為設(shè)定方向的向量表示；(α1,β1,γ1)為ap1到ap0的向量表示，(α2,β2,γ2)為ap2到ap0的向量表示；s，t，r為待求的未知量；求解上述方程，如果存在s≥0、t≥0且s+t≤1的解，所述三角形平面與空間點(diǎn)O
p
沿設(shè)定方向有交點(diǎn)，交點(diǎn)O
′
p
在笛卡爾坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為3.一種適用于自由變形參數(shù)化的厚度約束計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：S21、確定幾何外形曲面中厚度約束的起點(diǎn)和方向；S22、沿垂直于厚度約束方向的平面將幾何外形曲面分為第一曲面和第二曲面兩部分；S23、以厚度約束的起點(diǎn)為空間點(diǎn)O
p
、厚度約束的方向?yàn)樵O(shè)定方向采用如權(quán)利要求1
?
2中任一項(xiàng)所述的方法分別計(jì)算厚度約束起點(diǎn)沿厚度約束方向在第一曲面和第二曲面的交點(diǎn)O
′
p1
和O
′
p2
在FFD控制體的參數(shù)化局部坐標(biāo)和兩個(gè)交點(diǎn)之間的距離為厚度約束的厚度值。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于自由變形參數(shù)化的厚度約束計(jì)算方法，其特征在于，還包括：S24、如果所述厚度值不小于厚度約束的厚度閾值，則為滿足厚度約束；否則為不滿足厚度約束。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于自由變形參數(shù)化的厚度約束計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟23還包括：當(dāng)FFD控制體的控制點(diǎn)改變后，根據(jù)FFD控制體的表達(dá)式以及O
′
p1
、O
′
p2
在FFD控制體的參數(shù)化局部坐標(biāo)和重新計(jì)算O
′
p1
、O
′
p2
在笛卡爾坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，，根據(jù)兩個(gè)坐標(biāo)的新值來(lái)更新厚度約束的厚度值。6.一種適用于自由變形參數(shù)化的體積約束計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：S31、確定幾何外形曲面中體積約束的邊界曲線和方向，采用等間距法生成邊界曲線上的節(jié)點(diǎn)，并將邊界曲線圍合的區(qū)域劃分為矩形網(wǎng)格；采用超限插值法計(jì)算邊界曲線內(nèi)部區(qū)域各矩形網(wǎng)格頂點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)；S32、沿垂直于體積約束方向的平面將幾何外形曲面分為第一曲面和第二曲面兩部分；S33、以邊界曲線內(nèi)部區(qū)域每個(gè)矩形網(wǎng)格的頂點(diǎn)為空間點(diǎn)O
p
、體積約束的方向?yàn)樵O(shè)定方向采用如權(quán)利要...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張代雨，曹磊，胡俊明，李志富，朱信堯，劉倩，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：江蘇科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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