CN109636925B - 一种组合曲面整体变形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种组合曲面整体变形方法，包括如下步骤：S1、将组合曲面离散成三角形壳单元和四边形壳单元，同时将曲面的边界或者用着添加的控制边界离散成三维梁单元，在离散过程中保持梁单元为壳单元的边；S2、通过控制梁单元的节点位移来改变曲面的边界曲线的形状，并用于驱动三维曲面的变形；S3、根据设置好的材料模型和边界条件，计算变形刚度矩阵，并进行稀疏矩阵求解；根据计算得到的控制点，通过插值得到新曲线上任一点的新位置；根据变形前的曲面创建方式和曲面之间的约束关系重新构造变形后的组合曲面。本发明在得到高质量的组合曲面整体变形效果时，使其尽可能的保持曲面几何拓扑关系和几何特征不变。

Description

一种组合曲面整体变形方法
技术领域
本发明涉及计算机三维曲面建模领域，更具体地，涉及一种汽车冲压工艺曲面模型整体变形方法。
背景技术
目前，适合组合曲面整体变形的造型方法有自由变形方法、多分辨率变形技术、骨架驱动变形技术、基于物理的变形技术、基于有限元的变形技术。这类形象直观的造型技术适合于曲面的自由变形，不适合曲面的精确调整。而且往往调整工作量很大。如何将这些技术应用到曲面的精确建模中是目前的技术难点。目前在冲压工艺补充曲面造型过程中大量用户仍旧采用传统的先构造曲线再构造曲面的设计模式。
由于冲压工艺补充部分的形状复杂，由多曲面组合而成。而且用户需要将工艺补充曲面作为输入参数，多次进行仿真模拟计算，需要反复调整工艺补充曲面的形状。用于急需一种工具能够精确地进行全局或者局部的形状调整。
发明内容
针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明提供了一种组合曲面整体变形方法，在得到高质量的组合曲面整体变形效果时，使其尽可能的保持曲面几何拓扑关系和几何特征不变。同时，通过壳梁三维物理结构的变形来模拟三维组合曲面的整体变形过程，物理含义清晰，用户可以容易控制曲面的变形，易于操作操作实现，有利于推广。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种组合曲面整体变形方法，包括如下步骤：
S1、将组合曲面离散成三角形壳单元和四边形壳单元，同时将曲面的边界或者用着添加的控制边界离散成三维梁单元，在离散过程中保持梁单元为壳单元的边；
S2、通过控制梁单元的节点位移来改变曲面的边界曲线的形状，并用于驱动三维曲面的变形；
S3、根据设置好的材料模型和边界条件，计算变形刚度矩阵，并进行稀疏矩阵求解；根据计算得到的控制点，通过插值得到新曲线上任一点的新位置；通过给定的误差，光顺变形后曲线；由于变形前和变形后的曲线之前的拓扑关系不变，根据变形前的曲面创建方式和曲面之间的约束关系重新构造变形后的组合曲面。
优选地，步骤S2中，通过控制梁单元的弹性模量、截面形状和方向来控制变形区域和其他区域的刚度，进而控制不同变形区域的变形模式和变形量。
上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本发明的组合曲面整体变形方法，在得到高质量的组合曲面整体变形效果时，使其尽可能的保持曲面几何拓扑关系和几何特征不变。
2、同时，通过壳梁三维物理结构的变形来模拟三维组合曲面的整体变形过程，物理含义清晰，用户可以容易控制曲面的变形，易于操作实现，有利于推广。
附图说明
图1是工艺补充组合曲面示意图；
图2是组合曲面变形示意图；
图3是图2中剖面A处的边界线控制曲面变形示意图；
图4是本发明的组合曲面整体变形方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。
如图1-4所示，本发明的组合曲面整体变形方法，主要应用于汽车冲压工艺补充曲面的整体变形中，如图1所示，产品面1具有工艺补充面2，工艺补充面2具有曲面边界线3。本发明具体包括如下步骤：
S1、将组合曲面离散成三角形壳单元和四边形壳单元，同时将曲面的边界或者用着添加的控制边界离散成三维梁单元，在离散过程中保持梁单元为壳单元的边。由此，将三维组合曲面的变形过程转为三维壳梁组合的空间结构变形。
S2、用户通过控制梁单元的节点位移来改变曲面的边界曲线的形状(如图2-3示意出了变形后的曲面边界线4)，并用于驱动三维曲面的变形；用户可以通过控制梁单元的弹性模量、截面形状和方向来控制变形区域和其他区域的刚度，进而控制不同变形区域的变形模式和变形量。
S3、根据设置好的材料模型和边界条件，系统自动计算变形刚度矩阵，并进行稀疏矩阵求解；根据计算得到的控制点，通过插值得到新曲线上任一点的新位置；通过给定的误差，光顺变形后曲线；由于变形前和变形后的曲线之前的拓扑关系不变，根据变形前的曲面创建方式和曲面之间的约束关系重新构造变形后的组合曲面。
本发明的组合曲面整体变形方法，在得到高质量的组合曲面整体变形效果时，使其尽可能的保持曲面几何拓扑关系和几何特征不变。同时，通过壳梁三维物理结构的变形来模拟三维组合曲面的整体变形过程，物理含义清晰，用户可以容易控制曲面的变形，易于操作实现，有利于推广。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种组合曲面整体变形方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将组合曲面离散成三角形壳单元和四边形壳单元，同时将曲面的边界或者用户添加的控制边界离散成三维梁单元，在离散过程中保持梁单元为壳单元的边，以将三维组合曲面的变形过程转为三维壳梁组合的空间结构变形；
S2、通过控制梁单元的节点位移来改变曲面的边界曲线的形状，并用于驱动三维曲面的变形，通过控制梁单元的弹性模量、截面形状和方向来控制变形区域和其他区域的刚度，进而控制不同变形区域的变形模式和变形量；
S3、根据设置好的材料模型和边界条件，计算变形刚度矩阵，并进行稀疏矩阵求解；根据计算得到的控制点，通过插值得到新曲线上任一点的新位置；通过给定的误差，光顺变形后曲线；由于变形前和变形后的曲线之间的拓扑关系不变，根据变形前的曲面创建方式和曲面之间的约束关系重新构造变形后的组合曲面。
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