面向复杂产品作业流程仿真的扩展场景图构建与解析技术及其应用研究

摘要

复杂产品是机械、液压、电子、控制等多学科融合的系统，通常包含多个子系统，组成零部件数量众多、结构复杂。采用数字样机作业流程仿真技术可以直观地展示复杂产品的作业过程，从而验证产品作业功能设计的正确性。目前，作业流程仿真系统通常只是对作业动作的虚拟仿真，无法集成多学科仿真信息。由于复杂产品自身结构的复杂性，其作业流程仿真的流畅性也无法保障。本文针对上述问题，运用扩展场景图技术，实现了作业流程仿真多层级几何模型与多学科仿真信息的集成。本文主要内容包括:
　　第一章介绍了复杂产品作业流程仿真的关键技术，综述了国内外研究现状，阐述了本文的研究内容和组织架构。
　　第二章提出了复杂产品多学科集成扩展场景图的构建方法。首先分析传统场景图在多学科作业流程仿真中的不足，对场景图中的多学科数字样机节点进行了扩展;然后对扩展的多层级几何节点和多学科行为节点给出了形式化描述;最后构建了作业流程仿真的扩展场景图，实现了复杂产品多学科仿真模型的集成，为实现多学科集成的作业流程仿真奠定了基础。
　　第三章提出了面向几何节点生成的装配体多层级简化方法。首先基于特征识别对装配体实体模型的圆角过渡特征进行平角化，对装配孔与微小孔特征进行修补简化;然后将实体模型网格化，通过高斯映射对装配体网格模型进行面片聚类分割，经过多视点渲染识别内部隐藏零件和面片;最后进行装配模型的多层次细节网格简化，得到装配体多层级模型。
　　第四章提出了基于CAE数据驱动的多学科行为节点解析方法。通过扩展场景图中多学科仿真行为节点完成了多学科CAE分析数据的集成，通过节点更新遍历实现了机构运动、云图绘制、流线绘制、曲线绘制仿真行为在作业流程仿真过程中的同步集成，最终实现了复杂产品多学科集成的作业流程仿真。
　　第五章开发了工业汽轮机作业流程仿真系统，介绍了系统的架构和仿真的流程，实现了汽轮机多工况下的多学科集成作业仿真。
　　第六章对论文的主要研究工作和创新成果进行了总结，并对今后的研究工作进行了展望。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 数字样机作业流程仿真技术

1．2．2 面向虚拟仿真的几何模型简化技术

1．2．3 多学科分析数据可视化技术

1．3 研究内容与组织框架

1．4 本章小结

第2章 复杂产品多学科集成扩展场景图的构建

2．1 引言

2．2 传统场景图技术的不足分析

2．3 基于节点扩展的多学科集成场景图定义

2．4 多学科数字样机扩展节点的形式化描述

2．4．1 多层级几何节点的描述

2．4．2 多学科行为节点的描述

2．5 基于场景图遍历的作业流程仿真机制

2．6 本章小结

第3章 面向几何节点生成的装配体多层级简化

3．1 引言

3．2 基于特征识别的装配体实体模型简化

3．2．1 圆角过渡特征的平角化处理

3．2．2 装配孔与微小孔特征的修补

3．3 基于装配体网格模型简化的多层级信息获取

3．3．1 基于高斯映射的网格模型面片分割

3．3．2 基于多视点渲染的隐藏零件及面片的识别

3．3．3 基于层次细节的装配体简化

3．4 本章小结

第4章 基于CAE数据驱动的多学科行为节点解析

4．1 引言

4．2 基于运动学数据参数传递的机构运动仿真行为驱动

4．2．1 基于约束信息的运动副匹配

4．2．2 机构运动部件位姿联动变换

4．3 基于有限元数据融合的云图绘制仿真行为驱动

4．3．1 基于网格重构的有限元数据重组

4．3．2 基于颜色映射的有限元云图生成

4．4 基于矢量场数据表达的流线绘制仿真行为驱动

4．4．1 流场种子点和积分步长的选取

4．4．2 基于数值积分的流线生成

4．5 基于历程时变数据映射的曲线绘制仿真行为驱动

4．6 本章小结

第5章 工业汽轮机作业流程仿真系统的开发与应用

5．1 引言

5．2 开发平台及工具

5．3 系统总体设计

5．3．1 系统总体架构

5．3．2 系统仿真流程

5．4 汽轮机作业流程仿真系统的实现

5．4．1 汽轮机仿真场景构建

5．4．2 CAE分析数据处理

5．4．3 多学科集成场景图构建

5．4．4 作业流程控制文件的定义

5．5 汽轮机作业流程仿真结果

5．6 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

作者简介