船舶曲面分段外板重构及其展开技术研究

摘要

随着计算机的发展，在汽车、航空、造船等工程制造领域中，曲面展开技术成为毛坯加工尺寸选择和产品外形设计的重要组成部分。由于船舶制造规范需要将船进行分段加工，因而船舶曲面分段外板加工过程的自动化成为当前船舶行业的热点问题。现有船厂的水火加工技术还不能实现钢板的一次成形，如果可以为船舶曲面分段外板加工提供准确有效的数据，对于提高船舶曲面分段外板制造过程的工作效率及利用率有着重要作用。其中，计算机辅助设计（CAD）技术的发展和先进制造技术的采用，是实现船舶钢板自动化加工的重要基础。
　　本文主要运用图形学中常用的非均匀 B样条工具进行船舶曲面分段外板的重构。对非均匀B样条曲线两端控制点边界条件进行调整,进行非均匀B样条曲线及曲面的快速反算，通过扩展后的B样条曲面实现了船舶曲面分段外板的重构。之后在曲面重构的基础上进行曲面网格的划分，将自适应网格划分与delaunay三角网格划分结合，实现自适应三角网格的划分。针对船舶曲面分段外板中具有代表性的帆形板与马鞍形板，通过最小二乘法对重构出的参数化曲面进行高斯曲率的估算，得出曲率云图，为验证网格划分结果的准确性提供参考，并将自适应网格划分与常用的多面体网格划分展开后的面积误差进行对比分析以验证自适应划分效果的实用性。
　　在得到三角网格划分结果后，基于三角形网格边长约束，建立最优值求解方程组，调整展开平面网格中各边的边长值，以此得到精确地曲面展开图形。与船厂应用成熟的三角网格展开方法进行曲面展开的面积变化误差对比，以此验证基于边长约束的展开方法的准确性。

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第1章 绪 论

1.1 工程背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 船舶曲面分段外板重构

2.1 基于B样条的船舶曲面分段外板的重构

2.2 B样条曲线概述

2.3 三次B样条曲线算法

2.4 多控制点B样条插值曲面扩展

2.5 实例应用

2.6 本章小结

第3章 船舶曲面分段外板曲率估算

3.1 曲率估算预备知识

3.2 曲率估算算法

3.3 实例应用

3.4 本章小结

第4章 船舶曲面分段外板网格划分

4.1 Delaunay与曲面细分

4.2 自适应三角网格划分（ATM）

4.3 实例应用

4.4 本章小结

第5章 船舶曲面分段外板展开

5.1网格映射展开法

5.2 基于边长约束的曲面优化展开

5.3 展开误差分析

5.4 展开实例

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

参考文献

在校期间研究成果

致谢