王晓强[1]2003年在《区域的布尔操作和参数曲线的分段生成算法研究与实现》文中认为本文的工作是对计算机图形学中的基础算法进行研究。包括一个能实现区域的布尔操作的算法，以及参数曲线的分段生成算法。 区域的“交”、“差”、“并”等布尔操作在现实中具有很广泛的应用，但在常用的软件中找不到它的具体实现。本文提出一个有效的实现区域布尔操作的算法，其中区域可以由多个多边形组成，并且每个多边形可以有多个孔洞。本算法具有输入、输出数据格式统一、效率高、应用面广等优点。在实现天气气象图的演示、各种不规则图形的显示和计算等领域具有很广阔的市场前景。由于曲线边界可以由小线段组成的多边形来逼近，所以通过本算法，我们还可以实现任何边界区域间的布尔操作。 随着光栅显示器的广泛使用，逐点算法已成为目前图形学基础算法中的一个研究热点。对于其中的参数曲线的逐点生成，目前的算法在绘制曲线的过程中会出现所绘制点疏密不均的现象。对此，我们在现有参数曲线逐点生成算法的基础上，提出了一个新的分段绘制参数曲线的方法。将所需绘制的曲线按照曲线的次数分段，每段给出不同的步长，可以证明分段后每段的步长都大于或等于分段前的步长，所以实际上所计算的点数小于或等于不分段绘制时的点数，这样就从根本上解决了曲线绘制过程中，绘制点疏密不均的现象，提高了运行速度。而且可以证明分段后所绘制曲线的步长小于等于一个象素，这样就保证了分段后所绘制曲线的平滑。
肖周芳[2]2017年在《面向复杂外形粘性流动数值模拟的混合网格全自动生成方法研究》文中研究指明由于综合了结构网格和非结构网格的精度和易用性这双重优势,含边界层单元的混合网格一直被认为是粘性流动数值模拟最佳的网格形式。这类网格在物面附近区域生成扁平的半结构叁棱柱单元,不仅能在平行物面方向适应复杂的几何外形,还能在垂直物面方向适应剧烈的物理量变化;而在远离物面区域生成非结构化四面体单元,增强算法的几何适应性和自动性。混合网格生成涉及几何处理、曲面网格生成、边界层网格生成、体网格生成及优化等诸多环节,要构建一套完整且快速的混合网格生成软件需要解决这些环节中的一系列技术难题,这也使得混合网格生成方法研究成为数值模拟研究领域的热门话题。本文针对复杂外形粘性流动数值模拟前处理问题,以构建一套混合网格全自动生成流程为总目标,系统研究了混合网格生成过程中的多个难点问题,并最终取得了叁项研究成果。针对离散曲面模型中存在的相交、重迭和非二边流行边等问题,提出了一类全新的布尔运算算法来处理这些问题。该算法基于改进的保形边界四面体网格生成方法,采用自顶向下的流程得到布尔运算结果。算法在修复曲面问题的过程中始终维持一套完整的四面体背景网格,该背景网格不仅可以作为空间分解结构加速相交元素的查找过程,还可被用于实现flood-filling算法提取布尔结果。此外,着重考虑了算法的鲁棒性问题,并提出了两种提升该算法鲁棒性的策略。针对曲面网格生成过程中单元尺寸场定义自动性及质量差等问题,提出了一类几何自适应单元尺寸场自动生成算法。该算法以非结构网格为背景网格,并在每个背景网格点上存储基于几何特征计算出来的初始单元尺寸值。随后设计了一个非线性凸优化模型对初始单元尺寸场进行光滑化操作,使得单元尺寸梯度受限。文中证明了该优化模型具有全局最优解,并研究实现了该模型的高效解法。近物面区域边界层网格生成是混合网格自动生成过程中的最关键环节,其涉及的一些难点问题至今没有得到完美的解决。本文提出一类基于偏微分方程求解的边界层网格生成算法,该方法通过边界元法求解由拉普拉斯方程控制的物理场从全局角度考虑边界层网格生成中遇到的复杂问题。前沿点的层进法向由该点处的物理量梯度确定,边界层网格的增长在物理解空间中完成,有效的避免了经典前沿层进法中基于局部几何准则计算层进法向遇到的局部相交和全局相交问题。此外,新算法中由物理解得到的前沿点层进法向过渡光滑,使得最终得到质量较高的边界层网格单元。结合上述研究成果,并与课题组已有曲面网格生成程序和四面体网格生成及优化程序进行无缝集成,构建了一套完整的混合网格自动生成流程。针对任意几何外形,用户只需设置少量参数即可调用上述流程自动生成高质量的混合网格。该过程无需借助图形用户界面,极大简化了对用户交互操作的依赖,有效提高数值模拟前处理效率。文中通过多个数值实验验证了本文混合网格全自动生成流程的有效性及正确性。
李怀远[3]2016年在《基于可靠性的民用飞机计划维修的决策方法》文中研究说明维修是保证民用飞机持续适航的重要手段,故在飞机设计、制造和运营的整个过程中,维修都是必须重点关注。例如,在民用飞机设计制造时就开始编制维修大纲、维修手册等,在飞机运用中又必须实施维修活动、记录维修信息。合理的维修降低维修成本不仅可以为飞机制造商赢得市场而且还能为航空公司节约成本,因此维修是飞机的重要保障性工作。本文主要从可靠性评估、维修策略和维修任务组合优化叁个角度讨论了民用飞机的维修。首先,准确的可靠性评估是民用飞机维修决策的基础,没有准确的可靠性信息很难对维修做出正确的评判。维修策略是根据维修项目的可靠性、特点和需要确定每个维修项目合理的维修方式。最后,在实际执行维修活动时,往往还要对维修任务进行优化组合形成维修工作包,这不仅是组织管理维修活动的需要,而且还能降低维修成本。民用飞机使用过程中经常产生各种截尾小样本,这增加了可靠性评估的困难。鉴于截尾样本的真实寿命与完全样本有相同的分布,若把截尾样本转化成完全样本,则可按照完全样本的频数的比例估算截尾样本折算的频数。一方面在该频数的基础上改进了标准寿命表估计和乘积限估计,使得它们能准确地估计各类截尾样本。另一方面,把该频数作为权重因素之一,并结合顺序统计量在标准分布下的方差,形成能精确估计各类截尾样本的加权最小二乘法。由于截尾数据的似然函数中含有概率分布函数而导致MLE性能下降,本文在构造截尾事件及其概率密度函数的基础上,形成了截尾数据的概率密度函数。用截尾数据的概率密度函数替代传统MLE使用的概率分布函数,再与完全样本的概率密度函数共同构造似然函数。这样似然函数就全部由概率密度函数组成,故改进的MLE符合MLE定义的。大量的仿真实验证明本文改进的方法可以很好评估截尾小样本的可靠度,比传统MLE估计得更加准确。尤其是当样本中截尾数据的比例比较高的情况下,本文改进方法的优势更加明显。从评估升降舵作动器和副翼作动器的可靠性的实例中可以看出,和传统方法相比,本文改进方法评估的可靠性倾向于保守而且更加精确。通常在衡量民机可靠性时,都假设在整个寿命周期内风险有相同的规律并且故障服从同一个分布,故在整个寿命周期内使用统一的可靠度模型。事实上,民用飞机中许多设备的故障风险都很复杂,往往随运行时间有不同的特点甚至呈现多峰性,例如浴盆曲线,因此在整个寿命周期内用单一模型拟合设备可靠度的方法往往有较大的误差。如果根据风险变化的特点把整个寿命周期分成不同的区间,则分段拟合就可以更准确地逼近可靠度的变化。故本文把风险当作分段函数,提出了两类分段可靠度分布:一类风险函数是连续的;另一类风险函数可以是间断的。为了估计分段可靠度模型的参数,在对寿命样本进行聚类的基础上,本文讨论了分段可靠度分布的回归估计和极大似然估计。最后,因为通常的信息准则不适合分段分布模型,本文改进了信息准则以评价分段可靠度模型的优劣。经过大量的实验和仿真验证,本文的分段可靠度模型和它的估计方法比传统的单一模型更精确,尤其是在风险具有阶段性和多峰性时。分段风险模型在评估发动机引气系统和前缘襟翼接近传感器的可靠度中表现良好,说明了分段可靠度模型有很好的实用性和准确性。在准确评估可靠性后,合理地选择维修策略制定优化的维修决策是飞机维修保障的关键。目前,尽管功能检查是飞机维修中最常用的维修策略,功能检查的实际应用遇到两大问题:在某些条件下检查的准确度不够高;缺少潜在缺陷和延迟时间的实际样本。目前的功能检查模型多数没有考虑维修项目实际退化过程对维修策略的限制,许多理论上很好的检查策略在实际中却不很准确,不能准确发现故障。根据退化过程对检查间隔的约束,针对时间延迟模型的功能检查,建立有约束的不等间隔检查的费用率优化模型,并且提出了衡量检查准确性的指标。本文假设故障率在潜在缺陷发生前后是明显不同的,然后提出一个分段分布和基于KS检验的时间序列层次聚类方法来估计潜在缺陷的发生时间。然后,能从寿命样本中提取出延迟时间样本,进一步估计出延迟时间分布。最后,因为寿命是延迟时间和潜在缺陷时间的总和,这样在寿命分布被估计出后潜在缺陷时间可以轻松估计出。最后把本文的维修决策模型应用到民用飞机的减速控制系统中取得了良好的效果。实例和仿真结果都显示:不等间隔的检查策略要比等间隔的检查策略更加经济;和无约束的检查模型相比,有约束的检查模型虽然费用率数值可能不是最优,但是其确定的检查策略更加高效准确并符合工程实际。另外,在民用飞机的维修领域,单目标模型有时是单调的,不存在最优值,不能求出最优维修策略。故本文综合考虑多个目标,为维修策略建立多目标规划模型,就可以求出同时接近多个目标的最优策略。并且提出一个新的中心对称的单纯形优化方法来求解该多目标优化问题。实验证明本文的维修模型能取得更高效更准确的决策。维修任务优化组合不仅便于组织管理维修活动而且还能降低维修成本。但是在各种约束下实现维修任务的最优组合,不仅涉及数值计算而且还是个NP难问题。本文讨论了用遗传算法和聚类模型两个方法实现维修任务的组合优化。首先,本文提出了一种适合求解组合优化问题的遗传算法--基于簇遍历的遗传算法,以定时更换策略的块替换为例子,实现了维修任务的优化组合。当只已知维修任务的间隔及其浮动范围时,本文改进了模糊C均值聚类的模型以实现了维修任务的优化组合。改进FCM模型中消除了代表聚类中心的变量,降低了维数。在试验中,新的算法和模型都取得了良好效果。
徐帅[4]2009年在《地下矿山数字开采关键技术研究》文中研究表明数字矿山建设是当前我国矿业界研究的热点问题,2008年科技部也将数字矿山建设列为国家高新技术研究发展计划(863计划)“数字化采矿关键技术与软件开发”重点项目。本文针对我国矿山发展现状和信息化水平,深入系统地研究了我国地下矿山数字开采技术。研究了叁维动态实体模型建模技术和数字开采设计技术,实现了数字开采软件平台。本研究紧密结合我国矿山信息化现状,能为矿山的生产、设计提供切实指导,为企业建设带来巨大的经济效益和社会效益。论文在分析了数字矿山建设目标、技术难题的基础上研究了数字开采的内涵、研究内容以及数字开采建设四个关键技术问题:(1)动态叁维地质实体模型研究;(2)构建筑物实体模型研究;(3)数字开采辅助设计研究;(4)数字开采快速计量研究。建立了数字开采的技术路线,搭建了数字开采的技术框架,为数字开采的研究提供了系统规划。根据矿山地质资料随生产情况实施修正的特点,提出了基于叁维空间叁角剖分的四面体动态实体模型建模算法。该算法以钻孔取样和勘探线剖面图为基础资料,以水平断面图为约束、利用最小能量集中化原则。建立的叁维地质实体模型能根据修正的矿岩边界实时修正矿体模型,使矿体模型更加贴近生产实际,更易推广应用。在动态模型构建中,研究了图纸数字化方法、平面图纸空间复位算法、地质实体尖灭构建算法、断层节理构建算法以及用于矿岩边界搜索最小夹角算法、保证矿体柔顺的正则化算法。这些算法的研究为动态模型的建立奠定了理论上的基础。论文对地下矿山构建筑物模型进行分类研究。针对井巷工程分别采用弧形类断面连续插值放样构建和矩形类断面拉伸构建算法;针对斜坡道工程,提出平面图形梯度差值生长构建算法;地表建筑物模型构建采用外部叁维预定义实体块模型模拟构建算法。采用人机交互机制,使得生成的构建筑物实体模型准确、形象、逼真。论文分析了采矿设计的过程,研究了基于叁维实体模型的图纸剖切算法、巷道表示数据结构、井巷设计数据传递方式、井巷设计裁剪算法,建立了井巷工程设计、爆破设计、施工图布点等体系,形成了采矿设计模块。并以此为基础,研究了矿岩量计算、品位估值、爆破量计算、测量验收统计等数字开采设计快速计量。数字开采设计的研究,大大简化设计工作复杂度,减小设计人员的工作量。根据以上研究,论文以鞍钢矿业公司弓长岭井下矿的数字开采为例,基于AutoCAD2007平台,以Object ARX 2007为接口,利用.NET编程语言,结合SQL SEVER 2005数据库,实现了数字开采软件平台。该平台可以完成地质图纸处理、动态实体模型构建、构建筑物模型建模、采矿设计、工程快速统计、测量验收系统、生产计划编排等功能,可显着减少设计者的劳动强度、提高了采矿工作的效率,降低生产成本。
陈晓兵[5]2011年在《口腔修复体高效数控加工编程技术研究与实现》文中指出随着叁维测量、离散造型和数控加工技术的发展，CAD/CAM技术在口腔修复领域中得到了广泛的应用。口腔修复体的数控加工技术是口腔修复CAD/CAM技术中的重要组成部分。本文以口腔修复体的高效加工为主线，研究了口腔修复体数控编程中的相关理论、方法和技术。研究的主要内容和创新成果如下：(1)研究了口腔修复体网格曲面截面线法刀轨生成技术。采用“区域划分”的方法实现了截交线的快速计算，去除了初始刀轨的自交和冗余的刀位点。提出了基于改进截平面法的等残留高度刀轨生成算法：首先根据残留高度计算刀触点轨迹投影线并对其进行修正，然后由修正的刀触点轨迹投影线构造约束曲面，通过约束曲面和网格曲面迭代求交的方法生成等残留高度刀轨。通过实验验证了等残留高度刀轨在保证加工质量的条件下比截平面法刀轨的加工效率提高了约28%。(2)研究了口腔修复体网格曲面参数线法刀轨生成技术。提出了修复体等参数线刀轨生成算法：根据调和映射理论和参数线规划方式生成了四种类型的等参数线刀轨。提出了修复体参数螺旋刀轨生成算法：首先计算修复体模型在参数网格中的参数环，然后在相邻参数环的参数点之间进行“分组匹配”，依次计算初始和精确的对角参数螺旋线；在此基础上生成了无干涉的参数螺旋刀轨。通过实验验证了参数螺旋刀轨比截平面法刀轨的加工效率提高了约30%，且能够保证较好的加工质量。(3)研究了口腔修复体基于样条曲线拟合的刀轨优化技术。提出了修复体分段拟合圆弧样条刀轨生成算法：采用分段拟合的方法对初始刀位点进行拟合；通过“偏差映射”的方法对刀位点处的拟合精度进行了修正。提出了修复体IDOM法NURBS刀轨生成算法：改进了DOM算法中的初始特征点选取和新特征点确定方法，并在拟合过程中对特征点参数进行了修正；在此基础上生成了拟合精度较高、控制顶点较少的NURBS切削刀轨，并通过调节过渡刀轨的节点矢量和控制顶点，保证了整条刀轨的连续性。通过实验验证了优化后刀轨比优化前刀轨的加工效率和质量均有所提高，加工效率提高约19%。(4)研究了口腔修复体基于MMR的五轴加工刀轨生成技术。研究了基于最大材料去除率的无曲率干涉刀具方位角确定方法；提出了修复体MMR平底刀五轴加工刀轨生成算法：采用截平面法计算刀触点轨迹，以最大材料去除率、刀具无干涉为约束条件确定刀具方位角；在此基础上生成了MMR平底刀五轴加工刀轨。通过实验验证了MMR法刀轨比Sturz法刀轨的加工效率提高了约17%，同时加工质量也有所提高。(5)研究了口腔修复体分段刀轨加减速过渡的进给速度生成技术。提出了基于曲线加减速规划和“向前修正”的刀位点处进给速度过渡处理算法。提出了基于分段刀轨加减速过渡的自适应进给速度生成算法：以刀触点处进给速度和机床的运动特性为约束，对微段刀轨进行分段并规划进给速度；采用S曲线加减速方式对相邻刀轨段的进给速度进行过渡处理，实现了数控编程进给速度的自适应生成。通过实验验证了在保证机床运动平稳的条件下自适应进给速度方法比恒定进给速度方法的加工效率可提高6%~10%。
钟山[6]2012年在《复杂曲面正向/逆向快速设计关键技术与增材制造数据处理方法研究》文中研究指明随着人们审美观念的变化和制造水平的不断提高，个性化且具有复杂曲面的零件日益广泛地应用于生产和生活中，另外全球的市场竞争要求缩短设计制造周期，因此探索复杂曲面的快速设计制造技术十分必要。增材制造AM（Additive Manufacturing）在加工复杂曲面方面具有明显优势，正向设计FD（Forward Design）和逆向设计RD（ReverseDesign）两种模式都可以提供复杂曲面增材制造所需的CAD模型，其建模快速性与精确性各有特点。本文主要研究复杂曲面的正向/逆向快速设计的关键技术，此外基于正向/逆向设计的CAD模型，提出复杂曲面增材制造的叁种数据处理方法。据此，论文研究的主要内容与成果如下：（1）面向复杂曲面的增材制造，为了提高设计速度和精度，解决NURBS复杂曲面正向快速设计的关键问题，提出一种NURBS曲面局部特征重用方法。首先提出特征形状的识别和提取算法；然后制定局部特征安装的规则与方法，完成形状局部特征的复制粘贴；最后采用过渡曲面拼接算法，实现相邻NURBS曲面满足G2连续的光滑拼接。仿真结果显示，重用后特征具有良好的几何性。（2）面向复杂曲面的增材制造，从保证设计的快速性和精确性出发，为解决STL复杂曲面逆向快速设计的关键问题，建立基于延拓逼近的曲线曲面数学模型。首先建立基于延拓逼近的曲线重构数学模型；其次提出基于延拓逼近的STL曲面重构算法，较好地保证STL曲面重构的连续性和光顺性；最后对平面凸轮轮廓曲线和汽车保险杠曲面进行重构实验，验证延拓逼近曲线曲面重构算法的快速性和精确性。（3）针对正向快速设计得到的NURBS复杂曲面，为了提高成形精度与效率，提出一种面向增材制造的多策略自适应分层综合算法。首先提出切线角和毗邻分层面积变化综合判定算法去决定分层厚度；其次为保证后续数控加工的插补速度恒定和加工精度，提出基于Clothoid曲线模型的水平层面曲线轮廓重构算法。加工实例证明，自适应综合算法的分层效率高，成形后得到的复杂曲面制品具有良好加工精度。（4）针对逆向快速设计得到的STL复杂曲面，从提高成形精度与效率出发，提出一种面向增材制造的优化分层处理算法。首先为了优化水平分层厚度，在自适应切片中提出逐步细化的分层算法；然后采用延拓逼近算法去重构水平轮廓曲线；其次提出基于层片布尔运算支撑区域的识别算法。最后以加工实例验证算法的适用性和精确性。（5）基于逆向快速设计得到的空间点云模型曲面零件，为了提高成形精度与效率，提出面向增材制造的IDS（Inverse Distance Square）自适应直接分层算法。首先提出空间点云数据直接切片的新思路；然后提出IDS自适应直接分层算法，分层精度更高；其次在垂直切片投影构造面的曲线轮廓重构中，建立基于点云的延拓外推模型；最后采用角度误差法和弓高误差法，完成曲线重构与轮廓数据点的均化和精整处理。加工实例验证算法高精度和高效率。
参考文献：
[1]. 区域的布尔操作和参数曲线的分段生成算法研究与实现[D]. 王晓强. 沈阳工业大学. 2003
[2]. 面向复杂外形粘性流动数值模拟的混合网格全自动生成方法研究[D]. 肖周芳. 浙江大学. 2017
[3]. 基于可靠性的民用飞机计划维修的决策方法[D]. 李怀远. 南京航空航天大学. 2016
[4]. 地下矿山数字开采关键技术研究[D]. 徐帅. 东北大学. 2009
[5]. 口腔修复体高效数控加工编程技术研究与实现[D]. 陈晓兵. 南京航空航天大学. 2011
[6]. 复杂曲面正向/逆向快速设计关键技术与增材制造数据处理方法研究[D]. 钟山. 华南理工大学. 2012
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