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金属板料成形3D虚拟仿真平台关键技术研究

作 者: 彭良友
导 师: 张李超
学 校: 华中科技大学
专 业: 材料加工工程
关键词: 虚拟仿真 金属板料成形 无模成形 柔体折弯 拉伸体建模 OSG
分类号: TG659
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 15次
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内容摘要


随着金属板料成形的研究与应用不断深入和虚拟仿真技术的不断发展,对金属板料成形工艺软件的模拟仿真系统也提出了更高的要求。本文对金属板料成形的三维仿真进行了深入的研究与探讨,并针对无模成形与数控板料折弯等工艺开发了虚拟仿真系统。首先介绍了OpenSceneGraph三维图形引擎的体系架构,通过对场景图形概念的分析,研究了如何使用该平台建立场景以及进行场景的控制管理。针对金属板料成形设备以及工艺特点,本文提出基于拉伸体建模技术,通过二维轮廓信息实现对大多数几何实体的抽象建模;通过逆波兰表达式计算实现造型数据的简单参数化,使同一个拓扑几何模型可以生成一系列不同尺寸、规格的实体模型;最后研究并实现了基于两视图切片算法的扩展拉伸体建模技术,使得系统可以支持复杂的三维模型创建,扩展了模型覆盖域。针对无模成形工艺的仿真需求,本文使用关键帧插值技术转换G代码文件,并通过时间轴的控制实现了路径动画功能;同时基于图像空间离散法使用柱状Voxel体素建立毛坯模型,实现了高性能的碰撞检测算法。该无模成形仿真系统已在为日本Amino公司无模成形工艺规划软件AFS2得到实际应用。在华中数控的数控板料折弯仿真系统的开发过程中,首先使用变形体动画技术解决了板料柔体的仿真功能,并使用VBO(Vertex Buffer Objects,顶点缓存对象)优化了其显示性能;根据数控系统的硬件抽象层建立运动动画管理器,实现了虚拟折弯机与数控系统的连接;并通过折弯工序的研究,将板料柔体和折弯机的运动控制同步,实现了连续的折弯仿真功能,该仿真平台同时也为模拟仿真折弯工艺中的展开长度、回弹、减薄等特性提供了支持。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-12
  1.1 虚拟仿真技术  9-10
  1.2 金属材料成形简介  10-11
  1.3 课题来源、目的和意义  11
  1.4 作者主要工作  11-12
2 基于场景图形的虚拟仿真系统构建  12-18
  2.1 三维图形渲染引擎  12
  2.2 三维引擎OSG  12-14
  2.3 场景图形  14-17
  2.4 本章小结  17-18
3 金属板料成形仿真系统中的建模技术与算法研究  18-27
  3.1 简单拉伸体建模技术  18-20
  3.2 基于表达式计算的简单参数化建模  20-22
  3.3 两视图切片算法的扩展拉伸体算法  22-26
  3.4 本章小结  26-27
4 无模成形仿真系统实现及关键技术研究  27-36
  4.1 无模成形工艺及设备  27-29
  4.2 仿真系统需求  29-30
  4.3 基于关键帧插值技术的路径动画  30-32
  4.4 基于图像空间离散法的底模加工仿真  32-35
  4.5 本章小结  35-36
5 数控板料折弯仿真系统实现及关键技术研究  36-48
  5.1 折弯成形工艺及设备  36-37
  5.2 仿真系统需求  37-38
  5.3 基于变形体技术的板料柔体仿真及工序规划  38-42
  5.4 基于硬件抽象层的折弯机运动控制管理  42-45
  5.5 仿真效果和软件实现  45-47
  5.6 本章小结  47-48
6 全文总结与展望  48-50
  6.1 全文总结  48
  6.2 研究展望  48-50
致谢  50-51
参考文献  51-54
附录1: 作者攻读硕士学位期间发表的论文  54

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 程序控制机床、数控机床及其加工
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