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《基于逆向設計的外形曲面重構》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。
1、基于逆向設計的外形曲面重構方斌摘要：簡要闡述了逆向工程的基本概念、方法以及一般步驟，并結合某型號飛機的進氣道外形曲面重構建模，完成了對以模擬量為協(xié)調依據的飛機實施數字化技術的設計過程。關鍵詞：逆向工程曲面重構建模1引言逆向工程（ReverseEngineering）設計是現代飛機外形CAD設計的重要組成部分，也是計算機輔助幾何造型設計CAGD（ComputerAidedGeometricalDesign）的主要方法和手段之一。所謂CAGD，即主要研究工程中的幾何造型問題，它是對各種幾何外形信息的計算機表示、分析
2、和綜合，可分為曲面造型和實體造型，其中曲面造型主要研究曲線曲面的表示方法和分析綜合，在飛機外形幾何設計中，就是要建立全機幾何外形的數學模型，并通過計算機對其進行描述和控制。逆向工程設計就是通過對已有的產品零件、模線、樣板進行測量，得到一系列描述其型面的型值點，再根據不同的數學方法，使用軟件中的曲面生成模塊擬合出零件或主模型的型面，并進行必要的光順處理。逆向工程設計主要有以下作用：①精確地逼近實物型面，為下一步的曲面重構和計算機輔助制造（CAM）作準備；②對已有零件的復制，再現原產品的設計意圖；③可作為進行氣動力
3、分析、強度計算及建立電子樣機的數據基礎；由于這種逆向工程設計一般是在先有零件或模型的基礎上進行的，是利用先進的計算機軟件對零件表面參數化和數字化的處理，使之由實物轉化為數據的反向過程，因此被稱為逆向工程設計。在本文中，針對飛機的改進改型工作，充分利用逆向工程技術將圖紙數據化，使之符合現有的模線圖樣，以完成下一步的優(yōu)化設計及分析計算和校核。2逆向工程的一般步驟6數據的預處理構造曲面曲面光順性、可用性檢查曲面重構的依據數據來源及分析數據的提取建立、優(yōu)化曲線曲線光順性檢查數字模型的整理、發(fā)放是否滿足要求是否滿足要求外
4、形曲面重構是逆向工程的核心和主要目的，是依據得到的數據利用相關軟件恢復曲面形狀建立CAD數學模型的過程。在取得零件外形的數據后，以逆向工程軟件進行數據的處理，經過分門別類、群組分隔、點線面生成、曲面誤差的對比后，再重新構建曲面模型，重新構建的數字模型可以作為下游設計的依據、制造和CAM(Computer-aidedmanufacturing)加工。2.1逆向工程流程圖由于飛機外形曲面是由許多大小不等、形狀各異的曲面拼接而成，從而導致其復雜性及曲率變化的不規(guī)則性，因此在構造這些曲面之前，就應先生成由型值點控制擬合
5、、逼近和優(yōu)化而成的高級曲線，然后根據不同的控制條件由曲線生成最終的理想曲面。逆向工程設計的流程圖如圖1所示：圖1逆向工程設計流程圖2.2曲面重構的數據來源及依據飛機外形曲面重構的數據來源主要有兩方面：飛機外形理論圖中的數據和公式；通過實物或模線樣板獲得的測量數據。6在飛機設計制造過程中，首先根據飛機外形理論圖繪制理論模線，而模線的繪制往往需要反復修改，且在很多情況下修改的結果未真實反映到理論圖紙中，因此，當出現理論模線與外形理論圖不一致時，應以理論模線為準；當理論模線與外形理論圖一致時，可以根據外形理論圖提取曲
6、面重構所需的數據。理論模線是制造的原始依據，同時，也是逆向設計的協(xié)調依據。2.3曲面重構數據的提取及處理如圖2所示，為位于任一截面的外形曲線，和為已提取的數據點，為待提取的下一個數據點。為保證數據點的近似均勻分布，預先確定一個弧長間隔的點，即。將的橫坐標取為，即，再由確定其縱坐標。這樣獲得的各相鄰數據點間的弧長接近定值，取點越密則數據點的分布越均勻。圖2根據外形理論圖提取數據信息通過對原始數據的預處理，可以為下一步的曲線、曲面構造做好準備。一般預處理的過程如圖3所示：排除異常數據遺漏點補齊數據平滑數據精簡數據歸
7、類數據均勻化圖3原始數據預處理過程2.4曲線的創(chuàng)建及質量控制曲線是構成曲面的基礎，曲線的創(chuàng)建原則應滿足連續(xù)性要求，包括位置連續(xù)（G0）、切失連續(xù)（G1）和曲率連續(xù)（G2），必要時可對數據點進行插值或擬合來改善曲線的光順性。在修改和調整曲線時要注意保持曲線端點的控制條件,這樣才能保證曲面之間的光順連接；通過分析曲線的曲率分布、曲線的光順處理過程后，可以使曲線具有一致的保凸性，沒有多余的拐點，即滿足曲線變化均勻的要求。62.5曲面的創(chuàng)建及質量控制曲面的重建是逆向設計過程中最為關鍵的一步。目前，逆向工程中主要有三種構
8、造曲面的方法：①以B-Spline樣條曲線或非均勻有理B樣條曲線（NURBS曲線）為基礎的曲面構造方法；②以三角Bezier曲面為基礎的曲面構造方法；③以多面體方式來描述曲面物體。其中，NURBS曲面構造方法有著突出的優(yōu)點：可以精確地表示二次規(guī)則曲線曲面，能用統(tǒng)一的數學形式表示規(guī)則曲面和自由曲面；曲面的形狀宜于修改和控制；可以準確表達多塊曲面連接而成的復合曲面；相鄰曲面之間可以達到G2
