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整体叶盘参数化造型及六面体网格生成方法研究

作　者: 熊航
导　师: 翟建军
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 整体叶盘 Open CASCADE 参数化设计六面体网格扫掠法
分类号: TP391.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文介绍了整体叶盘的结构特点,整体叶盘是航空发动机中高速转动的关键件,与传统的榫头榫槽型结构相比,整体叶盘具有重量轻、结构简单、零件数目少、可靠性高等特点。其几何形状比较复杂,在运行时要承受高转速带来的巨大离心力及高温气体的作用,工作环境比较恶劣。为了保证整体叶盘工作的安全性,必须在设计阶段采用有限元方法获得其精确的强度振动特性,而高质量的三维有限元网格是保证分析结果精确性的基础。六面体单元在有限元分析时具有描绘几何实体精确、计算精确度高、结果稳定的优点。Open CASCADE是一种CAD/CAM软件开发平台,本文对基于Open CASCADE平台的参数化实体造型方法进行了深入地研究,并在此基础上实现了对整体叶盘的参数化建模。针对整体叶盘的结构特点,应用扫掠法对整体叶盘分区域生成六面体网格:先是采用铺砌法在整体叶盘上所选择的源曲面表面生成四面体网格,再用最小二乘近似仿射变换的方法将源曲面网格映射到目标曲面,在生成连接曲面网格之后,最后使用BMSweep算法生成内节点。对整体叶盘的网格划分表明,使用上述方法生成的网格质量较高,能很好地满足有限元分析的要求。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章绪论  13-21
  1.1 整体叶盘结构的特点及应用情况  13-14
  1.2 参数化设计  14-16
  1.3 有限元网格划分  16-19
    1.3.1 有限元网格生成的历史[5]  16-18
    1.3.2 网格生成技术的发展方向  18-19
  1.4 选题依据及章节安排  19-21
    1.4.1 选题依据  19-20
    1.4.2 章节安排  20-21
第二章整体叶盘参数化造型  21-40
  2.1 引言  21
  2.2 Open CASCADE 几何造型平台  21-24
    2.2.1 Open CASCADE 目标库  22-23
    2.2.2 Open CASCADE 数据类型  23
    2.2.3 Open CASCADE 的拓扑  23-24
  2.3 Open CASCADE 应用框架  24-27
    2.3.1 Open CASCADE 的属性机制  25
    2.3.2 OCAF 文档  25-26
    2.3.3 OCAF 的各种属性  26-27
  2.4 整体叶盘的参数化设计  27-30
    2.4.1 整体叶盘建模的主要步骤  27
    2.4.2 整体叶盘参数化建模的标签/属性结构  27-29
    2.4.3 整体叶盘轮盘的参数化建模流程  29-30
  2.5 系统主要几何造型功能实现  30-38
    2.5.1 图形的选择模式  31-32
    2.5.2 线框模型  32-33
    2.5.3 曲面模型  33-35
    2.5.4 实体模型  35-38
  2.6 整体叶盘的参数化几何建模  38-39
  2.7 本章小结  39-40
第三章六面体网格划分的常用算法  40-57
  3.1 引言  40
  3.2 有限元网格划分方法  40-44
  3.3 有限元网格划分方法评价的标准  44-45
    3.3.1 边界敏感性  44
    3.3.2 几何通用性  44
    3.3.3 生成单元的类型  44
    3.3.4 几何匹配性  44-45
    3.3.5 方向不敏感  45
    3.3.6 生成单元的质量  45
    3.3.7 单元大小控制  45
    3.3.8 速度  45
  3.4 常见六面体网格算法介绍  45-55
    3.4.1 映射法（Mapping Method）  46-47
    3.4.2 子映射法（Sub-mapping Method）  47-48
    3.4.3 基于栅格法（Grid-based Method）  48
    3.4.4 单元转换法（Element conversion Method）  48-49
    3.4.5 扫掠法（Sweeping Method）  49-51
    3.4.6 堆砌法（Plastering Algorithm）  51-52
    3.4.7 中轴面法（Medial Surface Method）  52-53
    3.4.8 改进八叉树法（Modified-octree Method）  53
    3.4.9 弦须编织法（Whisker Weaving）  53-55
  3.5 六面体网格生成的发展趋势  55-56
    3.5.1 开发复杂域六面体网格的全自动生成方法  55
    3.5.2 网格密度定义和控制技术的研究  55
    3.5.3 基于几何造型的六面体网格生成及其集成  55
    3.5.4 六面体网格显示技术及正确性检测  55-56
  3.6 本章小结  56-57
第四章整体叶盘的六面体网格生成  57-76
  4.1 引言  57
  4.2 扫掠算法简介和总体步骤  57-58
  4.3 源曲面网格生成  58-64
    4.3.1 铺砌法算法原理  58-59
    4.3.2 铺砌法网格单元生成步骤  59-63
      4.3.2.1 节点的分类  59-60
      4.3.2.2 铺砌法网格生成方法  60-63
    4.3.3 冲突检测  63-64
      4.3.3.1 缝合处理  63-64
      4.3.3.2 相交处理  64
  4.4 连接曲面网格生成  64
  4.5 目标曲面网格生成  64-67
  4.6 内节点和六面体单元生成  67-71
    4.6.1 背景网格生成  67-68
    4.6.2 利用背景网格计算插值信息  68-70
      4.6.2.1 确定内节点所在的背景网格三角形  68-69
      4.6.2.2 计算包含内节点的背景网格三角形的重心坐标  69
      4.6.2.3 偏移距离  69-70
    4.6.3 计算内节点  70-71
    4.6.4 生成六面体单元  71
  4.7 应用实例  71-75
  4.8 本章小结  75-76
第五章总结与展望  76-78
  5.1 全文工作总结  76-77
  5.2 未来展望  77-78
参考文献  78-81
致谢  81-82
攻读硕士学位期间发表的论文情况  82

整体叶盘参数化造型及六面体网格生成方法研究

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