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基于离散模型的网格剖分方法及覆盖件冲压仿真参数化建模

作　者: 陈涛
导　师: 李光耀
学　校: 湖南大学
专　业: 车辆工程
关键词: 薄板冲压成形有限元网格生成铺路算法离散模型冲压工艺设计网格细分网格光顺网格拓扑优化
分类号: TG386
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 249次
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内容摘要

在工程中使用有限元方法分析时,建立适于分析的仿真模型是一个关键环节。目前基于CAD模型的网格剖分方法难以避免繁琐费时的几何模型修补,导致建模周期长,影响了CAE分析的效率。因此,研究快速、方便的网格生成方法有着重要的工程意义。本文对有限元网格剖分的几项关键技术作了较深入的研究,取得了如下成果:1.提出了一种基于离散模型的全四边形网格剖分方法(an all-quadrilateral mesh generation algorithm using discretized model ),编制了相应的网格剖分软件。该方法使用散乱点或者STL格式文件作为网格剖分方法的输入模型,在很大程度上减少甚至避免了模型修补问题。提出了改进的基于离散模型进行网格剖分的铺路算法,使其有效的适用于离散模型的四边形网格剖分。为了增强对网格生成过程中单元尺寸的控制能力,提高单元质量,提出了一系列的单元调整方法,包括以离散模型作为背景网格,控制网格单元尺寸调整;使用网格细分和网格粗化的手段实现网格疏密变化的平滑过渡;自动识别几何模型特征并在网格模型中予以保留。提出了一种高效的铺路面相交搜索方法,并综合考虑影响相交处理的多种因素,有效的处理了铺路面相交问题。2.提出了一种改进的结构化四边形网格细分算法和细分策略,并将该算法推广以处理非结构四边形网格模型和三角型/四边形混合网格模型的细分操作,可用来调整网格模型中不同区域的单元密度,使网格模型更加适于分析计算要求。提出了适用于细分后四边形网格和非结构四边形网格的拓扑形态优化操作,以及一种以面积为权值Laplacian方法与小种群遗传算法结合的网格光顺方法,提高了网格模型质量。3.提出了一种汽车覆盖件冲压仿真模型的参数化建模方法,将覆盖件冲压工艺设计与冲压成形仿真前处理集成,在CAE的前处理软件中进行参数化的工艺补充和真实拉深筋设计,生成的模具模型可以直接供仿真计算使用,可实现快速、自动化的冲压仿真建模,极大地方便了工艺方案的设计和修改,大幅度提高了设计效率。4.开发了汽车覆盖件冲压成形仿真前处理STLMesher和冲压仿真后处理系统StampPost。前处理软件STLMesher可进行覆盖件的冲压工艺设计,包括模型缺陷修补、冲压方向调整、模型翻边展开、模型边界简化、工艺补充面和压料面的参数化设计、真实拉深筋的参数化设计和布置、坯料裁减和坯料预加密等功能。系统大部分功能均可自动完成,仅需要很少的人工参与。后处理系统StampPost提供了丰富的图形显示和处理功能,实现了坯料变形、仿真结果动画显示、应力应变云图和等值线显示、成形极限图(FLD)等功能,方便了仿真计算结果的分析和理解。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第1章绪论  12-25
  1.1 选题的依据和意义  12-14
  1.2 网格剖分算法和网格形态优化方法的研究进展  14-19
    1.2.1 三角形网格剖分算法  14-16
    1.2.2 四边形网格剖分算法  16-17
    1.2.3 网格形态优化算法  17-18
    1.2.4 网格细分算法  18-19
  1.3 基于 CAD 模型网格剖分方法面临的主要问题  19-21
  1.4 冲压仿真建模方法的发展与现状  21-23
  1.5 本文研究的主要内容  23-25
第2章基于离散模型的全四边形网格剖分方法  25-54
  2.1 引言  25
  2.2 离散模型的预处理  25-35
    2.2.1 散乱点模型的预处理  25-31
    2.2.2 STL 模型的预处理  31-35
  2.3 改进的网格剖分铺路算法  35-47
    2.3.1 铺路法概述  35-36
    2.3.2 单元生成与节点投影的计算方法  36-39
    2.3.3 网格单元质量调整和尺寸控制  39-42
    2.3.4 铺路面相交搜索与相交处理  42-46
    2.3.5 网格生成过程中特征的处理  46-47
  2.4 数值算例与结果讨论  47-53
  2.5 本章小结  53-54
第3章网格形态优化方法  54-79
  3.1 引言  54
  3.2 改进的网格细分算法  54-62
    3.2.1 改进的结构化四边形网格细分算法  54-61
    3.2.2 网格细分算法的推广  61-62
  3.3 网格拓扑形态优化方法  62-67
    3.3.1 网格拓扑质量的衡量标准与基本操作  62-64
    3.3.2 四边形细分网格的拓扑清理  64-66
    3.3.3 非结构化四边形网格的拓扑清理  66-67
  3.4 网格光顺方法  67-73
    3.4.1 一种新的四边形网格质量评价标准  68-69
    3.4.2 带权值 Laplacian 光顺方法与小种群遗传算法(μGA)的结合  69-73
  3.5 数值算例与结果讨论  73-78
  3.6 小结  78-79
第4章覆盖件冲压仿真的参数化建模方法  79-109
  4.1 引言  79-80
  4.2 覆盖件拉延工艺设计流程  80-83
    4.2.1 拉延工艺设计流程  80-81
    4.2.2 覆盖件冲压工艺仿真模型  81-82
    4.2.3 基于离散三角面片的覆盖件拉延工艺设计  82-83
  4.3 覆盖件工艺补充设计的预处理  83-86
    4.3.1 冲压方向的确定和翻边展开  83-84
    4.3.2 模型中的孔洞填补  84-85
    4.3.3 模型边界的简化和延伸  85-86
  4.4 仿真模型工艺面的参数化建模  86-92
    4.4.1 工艺补充面的参数化设计  87-91
    4.4.2 压料面的参数化设计  91-92
  4.5 真实拉深筋的参数化设计  92-98
  4.6 数值算例与结果讨论  98-108
  4.7 小结  108-109
第5章覆盖件冲压成形工艺设计前处理和后处理系统  109-122
  5.1 系统介绍  109-110
  5.2 覆盖件冲压工艺设计系统  110-118
    5.2.1 覆盖件模型的预处理  110-112
    5.2.2 覆盖件冲压工艺设计  112-114
    5.2.3 真实拉深筋设计  114-116
    5.2.4 模具工具定义和仿真计算参数设置  116-118
  5.3 冲压仿真后处理系统  118-121
  5.4 小结  121-122
结论  122-124
参考文献  124-132
致谢  132-133
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  133

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