基于虚拟制造的焊接工艺计算机仿真技术研究

摘要

虚拟加工技术是虚拟制造的底层关键技术，是虚拟制造体系的重要组成部分。随着计算机性能的不断改善以及计算机图形学的飞速发展，在现代制造工业中，虚拟加工技术已经成为预测加工过程表现、产品质量及加工效率的一种有效方法。
　　 本文根据焊接加工的特点和需求，以Visual C++6.0为平台，运用OpenGL图形技术，开发了一个面向虚拟制造的焊接工艺仿真系统。本文分析和比较了几种常用的几何建模方法，最终选取了边界表示法作为焊接工艺仿真系统中几何建模方法，并且实现了不同的接头形式和坡口形式的几何建模。本文根据焊接加工中焊缝成型的特点，提出了采用三次Bezier曲线来拟合焊缝横截面的方法，并在此基础上详细分析了焊缝的几何尺寸参数与Bezier曲线控制点坐标之间的数学关系。此外，本文还分别讨论了三大焊接工艺参数对焊缝成形的影响，经过焊缝几何参数的相关计算，实现了不同焊接工艺下的焊接加工动态仿真。
　　 最后，本文通过一个运行实例表明仿真系统具有良好的实时性、交互性以及三维图形显示能力，能够有效地模拟焊接的加工过程。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2虚拟制造

1.2.1虚拟制造的定义

1.2.2虚拟制造的分类及其相互关系

1.2.3虚拟制造的国内外研究现状

1.3计算机辅助焊接技术

1.4本论文主要研究内容

1.4.1研究目标

1.4.2论文结构

2焊接工艺仿真系统的总体设计

2.1仿真系统的功能目标

2.2仿真系统的设计流程

2.3仿真系统的总体功能结构

2.3.1系统总体结构图

2.3.2各个模块的功能设计

2.4仿真系统的三维开发环境

2.4.1 OpenGL概述

2.4.2 OpenGL的绘制流程

2.4.3 OpenGL的光栅化过程

2.5本章小结

3焊接工艺仿真系统的几何建模技术

3.1常用几何建模技术的分析与研究

3.1.1线框建模

3.1.2曲面建模

3.1.3实体建模

3.1.4本系统采用的几何建模方法

3.2焊件体建模

3.2.1焊接接头形式和坡口形式

3.2.2焊件体的数据结构

3.2.3焊接接头的设计流程

3.3焊缝体建模

3.3.1焊缝的形状与特征参数

3.3.2 Bezier曲线

3.3.3焊缝几何参数与Bezier控制点坐标的转换

3.3.4焊缝体的数据结构

3.4本章小结

4焊接工艺仿真系统的参数计算

4.1参数计算的构成

4.2焊接工艺参数对焊缝成形的影响

4.2.1焊接电流

4.2.2电弧电压

4.2.3焊接速度

4.3母材金属熔化面积的计算

4.3.1平面多边形的求交算法

4.3.2平面多边形的面积计算

4.3.3母材金属熔化面积Fm的计算流程

4.4本章小结

5焊接工艺仿真系统的实现技术

5.1 OpenGL仿真环境建立

5.2图形绘制模块

5.2.1焊件模型绘制

5.2.2坡口模型绘制

5.2.3焊缝模型绘制

5.3用户交互模块

5.3.1鼠标控制视角

5.3.2三维坐标点的拾取

5.4仿真实例研究

5.5本章小结

6总结与展望

6.1本文工作总结

6.2未来研究展望

致谢

参考文献