轿车车身外表面建模技术与光顺性评价方法研究

摘要

在轿车的设计开发过程中，车身设计是直接影响设计成功与否的关键因素，我国汽车工业《十一五规划纲要》明确提出了以车身开发为突破口，提高轿车研发能力和技术创新能力，大力发展自主品牌。
　　 轿车车身外形是由复杂的自由曲面组成，如何将造型师的设计思想和概念草图，转变为CAD模型，通过复杂的曲线和曲面设计，在三维工程设计软件中建立精确的三维数字模型，是轿车车身开发过程中在概念设计阶段的一个难点，是加速轿车开发国产化和产品创新设计的关键技术。
　　 随着社会的发展，人们对轿车车身造型的要求越来越高，其中光顺是衡量车身造型质量的一个重要标准，判断轿车造型表面是否光顺以及光顺程度，需要有科学的判断方法予以支持，因此从数学和物理角度研究光顺问题，确定光顺准则，将光顺问题转化为具有严格意义的数学问题，具有重要意义。目前曲线曲面的光顺处理已成为轿车车身外表面造型方法中非常重要的一项技术。
　　 本文首先阐述了在车身表面造型设计中占主导地位的曲线曲面理论；研究了在CATIA软件环境下，基于二维构思草图的轿车车身三维数字化建模方法，总结了复杂曲线、曲面的构建方法，分析了车身曲面建模机理、轿车车身曲面分块原则和轿车A级曲面的设计要求，并基于CATIA软件，由二维构思草图成功构造出光顺性符合要求的轿车车身三维数字化模型；接着从车身光顺曲面模型的概念入手，总结了光顺曲线曲面的基本准则，并从数学和物理角度出发，研究了曲面的光顺方法和表面光顺性的评价方法。为以后开发出具有曲面光顺功能的造型设计软件提供了理论依据；最后以两种车型为例，将上述光顺性评价方法进行了实际应用，证实了该方法的有效性。
　　 通过上述研究成果的应用，轿车车身设计人员可以很方便地构造出光顺性符合要求的轿车车身数字化模型，为轿车自主开发和创新设计打下良好的基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2轿车车身的结构特点及设计要求

1.3轿车车身设计方法概述

1.3.1传统的轿车车身设计方法

1.3.2基于CAX的现代汽车车身设计方法

1.4车身造型开发的国内外现状

1.4.1国内车身造型开发现状

1.4.2国外车身造型开发现状

1.5车身表面建模技术的国内外研究现状

1.6本课题研究的主要内容

1.7本章小结

第二章曲面造型理论及CATIA软件的曲面建模机理

2.1 Bezier曲线曲面理论

2.2有理Bezier曲线曲面理论

2.3 B样条曲线曲面理论

2.4 NURBS曲线曲面理论

2.4.1 NURBS曲线曲面的定义

2.4.2 NURBS曲线曲面的性质

2.5 CATIA软件的曲面建模机理

2.6主流软件曲面造型模块简介

2.7本章小结

第三章车身表面的光顺与评价方法

3.1车身表面的光顺准则

3.1.1曲线的光顺

3.1.2车身表面的光顺准则

3.2车身A级曲面

3.3曲面的光顺处理方法

3.3.1能量法光顺

3.3.2网格法光顺

3.4曲面光顺的评价方法

3.4.1基于曲率的实际应用评价方法

3.4.2基于光照模型的实际应用评价方法

3.4.3几种方法的比较

3.5本章小结

第四章基于二维构思草图的轿车三维数字化建模技术研究

4.1车身曲面建模机理

4.2车身外形图体系的形成

4.3主体曲面的生成

4.3.1特征曲线的建立

4.3.2主体曲面的构造方法

4.4过渡曲面和局部特征的构造

4.4.1过渡曲面的构造方法

4.4.2局部特征的构造

4.4.3创建车身表面模型的注意事项：

4.5轿车车身外表面造型实例

4.5.1数字化建模的准备工作

4.5.2主体曲面的建立

4.5.3过渡曲面与局部特征的构造

4.6本章小结

第五章车身表面光顺模型的工程实现

5.1基于CATIA的光顺评价方法

5.1.1反射线(Reflection Line)

5.1.2拐点曲线(Inflection Line)

5.1.3高亮线分析(Highlight Lines Analysis)

5.1.4面上曲率分析(Surfacic Curvature Analysis)

5.1.5斑马线分析(Isophotes Mapping Analysis)

5.1.6曲面断面线分析(Cutting Planes)

5.1.7高光分析(ACA Highlight)

5.2车身表面光顺模型的工程实现

5.2.1主体曲面的光顺与评价

5.2.2过渡曲面的光顺与评价

5.2.3局部特征的光顺与评价

5.3本章小结

第六章总结与展望

6.1论文主要内容和研究成果总结

6.2论文工作的创新点

6.3进一步工作的展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文