[01365039]基于逆向和快速成型的工件重建及特性分析

基于逆向和快速成型的工件重建及特性分析 1、课题来源与背景： 该课题任务来源于齐齐哈尔市科学技术计划项目《基于逆向和快速成型的工件重建及特性分析》。 背景：逆向工程和快速成型作为数字化制造的一项重要技术,是在无设计图纸或图纸不完整以及无CAD模型的条件下,从已有零件或产品出发,利用各种数字化技术重新构造原形CAD模型的过程。它们相结合可以形成产品设计制造的闭环系统,可有效提高产品的快速响应能力,丰富几何造型方法和产品设计手段,并已广泛应用于装备制造、航空、汽车、家电、医学等领域。 2、研究目的与意义： 在现有逆向工程的基础上,集成了有限元分析技术和快速原型技术,为新产品研发或无参数复杂曲面产品复制制造建立了完整的知识理论体系,通过对具体零件进行数字化处理、逆向成型、有限元分析、快速原型等一系列过程的深入研究,解决了实际工作中遇到的困难,实现了设计周期的缩减和设计质量的提高,在实际工程应用中具有一定的指导意义。 3、主要论点与论据： （1）对曲面重建的基本方法进行的分析。深入研究Bezier曲线曲面、B样条曲线曲面、NURBS曲线曲面的理论模型及各自理论方法的优缺点,为后面的曲面重建做好基础。 （2）点云数据进行预处理。对采集得到的点云数据进行预处理,包括对点云数据的剔除,修补,点云数据滤波,测量数据的精简,点云数据分割以及点云数据的对齐。根据数据精简方法进行对比精简,提出适合的精简方法,取得较好的数据精简效果。 （3）研究曲面光顺与精度问题。研究控制点对曲面精度的影响,通过实验数据分析曲面阶次、节点数、光顺系数与曲面-点云误差的关系,提出曲面光顺的判断准则。融合Bezier曲面过渡重建NURBS曲面再微调控制点的方法,从理论上和实验效果上进行分析,找到解决光顺度和精度不相协调问题的方法。 （4）三维重建技术。利用Delaunay三角网格剖分建立散乱点云的拓扑关系,在NURBS理论指导下,对各要素进行调节,实现曲线、曲面与点云数据的逼近拟合,获得高品质的曲面,并最终重构典型工件三维实体模型。 （5）特性分析。在有限元理论指导下,对重构典型工件实体在ANSYS Workbench中进行流体动力学分析和静态有限元分析。对工件进行网格划分,得到了高质量六边形网格,在Fluent中完成了各项分析,得到了应力场分布和压力分布结果。 （6）快速成型及3D打印。集成快速成型及3D打印的理论和技术优势,在STL的原理和精度控制理论指导下,对实体格式进行转化,利用3D打印机实现产品的快速制造。 4、创见与创新： （1）分析Bezier曲线曲面在整体式曲线曲面构建方面的优点,总结Bezier方法的缺点,提出改进思路和算法。 （2）分析曲面重构中过渡面光顺不满足要求的问题,提出以Bezier曲面为过渡的改进曲面重建方法。 （3）将有限元分析应用于逆向工程中,提出对叶轮三维实体进行了流体动力学分析和静态有限元分析的思路。 （4）将快速成型的相关理论技术优势与逆向工程等技术相集成。分析得出STL的原理和精度控制理论。 5、社会经济效益,存在的问题： 在航空、装备制造及其它国防领域中,该技术能够在不可拆卸的高、精、尖复杂产品的结构反求、三维建模和无纸化改型设计与制造中发挥重要作用。可再现不可拆卸或密闭的尖端产品的内部结构,解开其技术秘密,为国外尖端产品或文物的解密与再设计提供新的理论方法和技术途径;用于产品外观形状设计;复杂系统的装配检查及维修计划制定等。此外,将这一技术与快速原型制造（RPM）相结合,把反求出的产品CAD模型作为RP系统的输入,可快速制造出原产品的仿制样件,显著缩短新产品的设计和开发周期。为实用电器、陶瓷机械、纺织机械、环保机械等行业,利用反求技术设计方法消化吸收国外先进产品,根据国内市场的需求特点进行产品设计、开发和不断创新等方面,因此项目具有广阔的市场前景和产生巨大的社会效益。存在问题：打印材料限制,打印件精度和硬度不高,有待改进。 6、历年获奖情况： 无 7、成果简介： 分析Bezier曲线曲面在整体式曲线曲面构建方面的优点,总结Bezier方法的缺点,提出改进思路和算法;分析曲面重构中过渡面光顺不满足要求的问题,提出以Bezier曲面为过渡的改进曲面重建方法;将有限元分析应用于逆向工程中,提出对典型零件三维实体进行了流体动力学分析和静态有限元分析的思路。利用双向接口将三维模型导入ANSYS中,保证数据的完整性并弥补ANSYS建模功能的不足。得出产品受力和应力场分布情况,分析结果与实际情况是否相符;将快速成型的相关理论技术优势与逆向工程等技术相集成。