複雜曲面重建過程中的修復技術研究

《複雜曲面重建過程中的修復技術研究》是依託上海交通大學，由尹忠慰擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：複雜曲面重建過程中的修復技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：尹忠慰
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

隨著CAD技術在醫學、考古、工業套用等領域的不斷擴展，對複雜曲面CAD反求重建技術也提出了更高的要求。在反求過程中，複雜曲面重建往往涉及到數據殘缺或丟失的問題，因此，需對自由曲面反求設計理論和套用進行深入研究，探求複雜曲面重建過程中的數據修複方法，以還原重建實體。針對數據缺失CAD重建過程中的修復技術，特別是具有複雜外形實體修復重建中存在的特徵信息提取、基曲面構建以及缺失數據修補等難題，本項目擬根據自由曲面的特性，利用反求轉化為正求的策略，建立NURBS基曲面來計算曲率和法矢量，進而提取和補充缺失數據邊界的特徵信息，並進行離散數據參數化和缺失數據修復。重點研究基於離散數據點的直接特徵提取、基曲面構建以及缺失數據的準確修復等關鍵技術，解決面向自由曲面反求設計過程中的複雜實體缺失修復技術，最終實現完整的、準確的CAD參數模型重建。

結題摘要

隨著信息化時代的來臨和全球統一市場的逐漸形成，產品及技術交流日益頻繁，產品生命周期變得越來越短。因此，本項目研究基於離散數據點的複雜曲面CAE分析、加工的關鍵技術，實現對具有複雜曲面外形產品的反求設計、分析仿真和數控加工的直接高效集成，從而縮短具有複雜外形產品的開發周期。取得的具體成果包括： 開發了兩個關於NURBS曲線、曲面和離散數據點的定理，針對三個研究熱點和難點問題（數據平滑、離散數據區域分割和特徵提取）進行了敘述，並針對傳統算法的缺陷進行了改進。深入研究複雜曲面重建修復過程中的建模算法，並對相關算法進行了大量的工業套用研究，所開發的複雜曲面修復算法，套用到PTFE纖維編制的複雜曲面建模和摩擦磨損特性中，取得了很好的套用效果，技術成果發表於2014年度《Tribology International》； 開發了針對傳統的NURBS（B-spline）曲線、曲面插值的改進算法，並詳細地討論了新算法的優點。本項目中所介紹的離散數據插值和擬合算法可以推廣到B-spline和Bèizer曲面對離散數據的插值和擬合。針對從複雜曲面的法線矢量和曲率等幾何信息的計算和獲取，課題組在項目的支持下，給出了法線矢量和曲率變化與工業支撐部件之間的潤滑特性，使得利用該算法開發的複雜曲面軸承潤滑特性提高了50%以上，技術成果發表於2014年度《 Mechanics & Industry》和2015年度的《Industrial Lubrication and Tribology》； 開發了基於離散數據點製造算法的改進算法，從而大大提高了基於離散數據點的光順性。本項目通過上述算法的套用提高了複雜曲線曲面的光順性，所開發的零部件複雜外形其在水介質條件的潤滑和使用特性有很大提高，其成果發表於2014年度的《Tribology International》。此外，其試驗結果也驗證了算法的正確性，其成果在泰國召開的2014年度3rd ICMEMSCE國際會議中進行了宣讀，得到了同行的認可。