CN110211170B - 一种基于数字化模型壁厚分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于数字化模型壁厚分析方法，所述方法包括以下步骤：步骤1，收集模型几何信息，数字化模型的几何数据，步骤2，解析几何，将几何面分解成三角面，求三角面的边的向量，步骤3，循环分组找到最小距离的两个三角面，通过余弦定理计算向量角度，如果向量角度接近180度，即是壁厚的相对面，将三角面的三个点投影的另一个三角面，通过线段相交的方式判断三角面是否相交，如果相交，判断为壁厚；步骤4，计算投影三角面的点距离。该技术方案通过数字化模型壁厚分析代替人工分析，通过壁厚分析解决产品生产中的应力集中，变形，裂痕，材料收缩，强度等问题，为加工生产提供有质量的数字化模型，保证设计质量。

Description

一种基于数字化模型壁厚分析方法
技术领域
本发明涉及一种分析方法，具体涉及一种基于数字化模型壁厚分析方法，属于计算机科学技术领域。
背景技术
在当今计算机应用快速发展的情况下，三维数字化模型技术被应用于航空业，汽车行业，工业设计等等，数字化产品定义取代传统产品定义方式已是必然的趋势。
在工程零件的设计中，经验表明，有一些设计要点必须考虑，这些要点之一就是壁厚的设计。改变一个零件的壁厚，对以下主要性能将有显著影响：零件重量；零件的生产周期；零件的刚性；公差；零件质量，如表面粗糙度、翘曲和空隙。
数字化模型壁厚分析，主要通过显式状态搜索或隐式不动点计算来验证有穷状态并发系统的模态/命题性质。模型壁厚分析可以自动执行,并能在壁厚不满足规则时提供信息反馈。模型壁厚分析可以应用于许多非常重要场景，如：注塑成型，3D打印；目前数字化模型壁厚分析主要靠人工分析，肉眼识别，漏查的概率大，不准确，速度慢，因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种基于数字化模型壁厚分析方法，该技术方案实体造型数字化模型在创作过程中，为保证设计过程问题减少，优化产品的细节，根据功能测试用例，需要对数字化模型进行壁厚分析。本案的功能，可以快速地对数字化模型进行壁厚分析。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种基于数字化模型壁厚分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1，收集模型几何信息，数字化模型的几何数据，如，几何平面，几何弧面；
步骤2，解析几何，将几何面分解成三角面，求三角面的边的向量，通过向量叉乘求解三角面的向量，得到模型的所有的三角面的向量；
步骤3，循环分组找到最小距离的两个三角面，计算两个三角面向量，通过余弦定理计算向量角度，如果向量角度接近180度，即是壁厚的相对面，将三角面的三个点投影的另一个三角面，通过线段相交的方式判断三角面是否相交，如果相交，判断为壁厚。
步骤4，计算投影三角面的点距离。计算点a和点a1的距离，即壁厚值。
作为本发明的一种改进，所述步骤2解析几何，具体如下：
步骤21，将几何面分解成三角面，平面分解：获取所有的边的点，点在数字化模型中以(x,y,z)表示，按顺序连接相邻的三个点，形成三角形面，参见图7，平面0123，拆分成三角面012和三角面023；
步骤22，参加图8，弧面分解：将弧线分段，用多个直线段代替弧线，再取点，按顺序连接三个点，形成三角面；弧面0123498765拆分成，三角面015，三角面156，三角面126，三角面267，三角面237，三角面378，三角面348，三角面489；
步骤23，参见图9，求三角边的向量，根据三角边的点ABC，求向量
Figure BDA0002070191820000021
向量
Figure BDA0002070191820000022
步骤24，根据向量叉乘公式计算三角面的向量，如:
Figure BDA0002070191820000023
通过上述公式，循环计算得到数字化模型所有的三角面的向量。
作为本发明的一种改进，所述步骤3循环分组，具体如下：
步骤31，参见图10，循环分组，根据余弦公式，计算两个三角面向量夹角，
Figure BDA0002070191820000024
如果夹角接近180度，即相反的方向，满足条件，分为一组；
步骤32，将组中一个三面的边投影到另一三角面上，三角面abc投影到三角面ABC上得到三角面
步骤33，判断三角面ABC的线段AB,BC,AC与三角面a1b1c1的线段a1b1,b1c1,a1c1是否相交，如果其中一个线段相交(a1b1和AB或a1b1和AC或a1b1和BC或，a1c1和AB或a1c1和AC或a1c1和BC或，b1c1和AB或b1c1和AC或b1c1和BC)，满足条件，形成壁厚。
相对于现有技术，本发明具有如下优点，该技术方案通过数字化模型壁厚分析代替人工分析，通过壁厚分析解决产品生产中的应力集中，变形，裂痕，材料收缩，强度等问题，提高准确率，效率高，为加工生产提供有质量的数字化模型，保证设计质量。
附图说明
图1为数字化模型实例几何面收集示意图；(包含平面弧面)；
图2为数字化模型实例几何面分解示意图；(包含平面分解和弧面分解)；
图3为几何面分解的三角形abc投影到三角形ABC所在的平面形成三角形a1b1c1示意图。
图4为几何面分解的三角形投影后相交示意图。
图5为数字化模型实例壁厚示意图。
图6为数字化模型壁厚分析流程。
图7为数字化模型几何平面分解过程。
图8为数字化模型几何弧面分解过程。
图9为三角面的向量计算示意图。
图10为向量夹角计算示意图。
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
实施例1：参见图6-10，一种基于数字化模型壁厚分析方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1，收集模型几何信息，数字化模型的几何数据，如，几何平面，几何弧面；
步骤2，解析几何，将几何面分解成三角面，求三角面的边的向量，通过向量叉乘求解三角面的向量，得到模型的所有的三角面的向量；
步骤3，循环分组找到最小距离的两个三角面，计算两个三角面向量，通过余弦定理计算向量角度，如果向量角度接近180度，即是壁厚的相对面，将三角面的三个点投影的另一个三角面，通过线段相交的方式判断三角面是否相交，如果相交，判断为壁厚；
步骤4，计算投影三角面的点距离。计算点a和点a1的距离，即壁厚值。
所述步骤2解析几何，具体如下：
步骤21，将几何面分解成三角面，平面分解：获取所有的边的点，点在数字化模型中以(x,y,z)表示，按顺序连接相邻的三个点，形成三角形面，参见图7，平面0123，拆分成三角面012和三角面023；
步骤22，参加图8，弧面分解：将弧线分段，用多个直线段代替弧线，再取点，按顺序连接三个点，形成三角面；弧面0123498765拆分成，三角面015，三角面156，三角面126，三角面267，三角面237，三角面378，三角面348，三角面489；
步骤23，参见图9，求三角边的向量，根据三角边的点ABC，求向量
Figure BDA0002070191820000041
向量
Figure BDA0002070191820000042
步骤24，根据向量叉乘公式计算三角面的向量，如:
Figure BDA0002070191820000043
通过上述公式，循环计算得到数字化模型所有的三角面的向量。
所述步骤3循环分组，具体如下：
步骤31，参见图10，循环分组，根据余弦公式，计算两个三角面向量夹角，
Figure BDA0002070191820000044
如果夹角接近180度，即相反的方向，满足条件，分为一组；
步骤32，将组中一个三面的边投影到另一三角面上，三角面abc投影到三角面ABC上得到三角面
步骤33，判断三角面ABC的线段AB,BC,AC与三角面a1b1c1的线段a1b1,b1c1,a1c1是否相交，如果其中一个线段相交(a1b1和AB或a1b1和AC或a1b1和BC或，a1c1和AB或a1c1和AC或a1c1和BC或，b1c1和AB或b1c1和AC或b1c1和BC)，满足条件，形成壁厚。
具体应用实施例：参见图1-图10，一种基于数字化模型壁厚分析方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1，收集模型几何信息，数字化模型的几何数据，如，几何平面，几何弧面；
步骤2，解析几何，将几何面分解成三角面，求三角面的边的向量，通过向量叉乘求解三角面的向量，得到模型的所有的三角面的向量；
步骤3，循环分组找到最小距离的两个三角面，计算两个三角面向量，通过余弦定理计算向量角度，如果向量角度接近180度，即是壁厚的相对面，将三角面的三个点投影的另一个三角面，通过线段相交的方式判断三角面是否相交，如果相交，判断为壁厚；
步骤4，计算投影三角面的点距离，计算点a和点a1的距离，即壁厚值。
具体实现过程分别如下：
步骤1，通过遍历的方式收集数字化模型的所有的面，用容器保存起来，如图1示，
通过遍历的方式到所有的几何面，保存到容器，平面1，平面2，平面3，平面4，弧面1，弧面2。
步骤2，解析几何，将几何面分解成三角面，求三角面的边的向量，通过向量叉乘求解三角面的向量，得到模型的所有的三角面的向量。
平面1按上述步骤21分解成三角面p1s1，p1s2，p1s3，p1s4……
平面2按上述步骤21分解成三角面p2s1，p2s2，p2s3，p2s4……
平面3按上述步骤21分解成三角面p3s1，p3s2，p3s3，p3s4……
平面4按上述步骤21分解成三角面p4s1，p4s2，p4s3，p4s4……
弧面1按上述步骤22分解成三角面h1s1，h1s2，h1s3，h1s4……
弧面2按上述步骤22分解成三角面h2s1，h2s2，h2s3，h2s4……
将所有的三角面集中放在一个容器里。,
参见图2，按上述步骤23，根据公式三角边的点ABC，求向量
Figure BDA0002070191820000051
向量
Figure BDA0002070191820000052
计算所有三角面的边的向量。
按上述步骤24，根据向量叉乘公式计算三角面的向量，如:
Figure BDA0002070191820000053
计算所有三角面的向量。
步骤3，循环分组找到最小距离的两个三角面，计算两个三角面向量，通过余弦定理计算向量角度，如果向量角度接近180度，即是壁厚的相对面，将三角面的三个点投影的另一个三角面，通过线段相交的方式判断三角面是否相交，如果相交，判断为壁厚。
按上述步骤31，参见图10，循环分组，根据余弦公式，计算两个三角面向量夹角，
Figure BDA0002070191820000054
如果夹角接近180度，即相反的方向，满足条件，分为一组。
步骤32，将组中一个三面的边投影到另一三角面上，三角面abc投影到三角面ABC上得到三角面a1b1c1如：参见图3，
步骤33，判断三角面ABC的线段AB,BC,AC与三角面a1b1c1的线段a1b1,b1c1,a1c1是否相交，如果其中一个线段相交(a1b1和AB或a1b1和AC或a1b1和BC或，a1c1和AB或a1c1和AC或a1c1和BC或，b1c1和AB或b1c1和AC或b1c1和BC)，满足条件，形成壁厚。
如图3示三角面EFG和三角面efg，三角面ABC和三角面abc。
步骤4，参见图4、图5，计算投影三角面的点距离。计算点a到三角平面ABC的垂直距离，即壁厚。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (3)

1.一种基于数字化模型壁厚分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1，收集模型几何信息，数字化模型的几何数据,
步骤2，解析几何，将几何面分解成三角面，求三角面的边的向量，通过向量叉乘求解三角面的向量，得到模型的所有的三角面的向量；
步骤3，循环分组找到最小距离的两个三角面，计算两个三角面向量，通过余弦定理计算向量角度，如果向量角度接近180度，即是壁厚的相对面，将三角面的三个点投影到另一个三角面，通过线段相交的方式判断三角面是否相交，如果相交，判断为壁厚；
步骤4，计算投影三角面的点距离。
2.根据权利要求1所述的基于数字化模型壁厚分析方法，其特征在于，所述步骤2解析几何，具体如下：
步骤21，将几何面分解成三角面，平面分解：获取所有的边的点，点在数字化模型中以(x,y,z)表示，按顺序连接相邻的三个点，形成三角形面，
步骤22，弧面分解：将弧线分段，用多个直线段代替弧线，再取点，按顺序连接三个点，形成三角面；
步骤23，求三角边的向量，根据三角边的点ABC，求向量
Figure FDA0002900789360000011
向量
Figure FDA0002900789360000012
步骤24，根据向量叉乘公式计算三角面的向量，如:
Figure FDA0002900789360000013
通过上述公式，循环计算得到数字化模型所有的三角面的向量。
3.根据权利要求1所述的基于数字化模型壁厚分析方法，其特征在于，所述步骤3循环分组，具体如下：
步骤31，循环分组，根据余弦公式，计算两个三角面向量夹角，
如果夹角接近180度，即相反的方向，满足条件，分为一组；
步骤32，将组中一个三面的边投影到另一三角面上，三角面abc投影到三角面ABC上得到三角面；
步骤33，判断三角面ABC的线段AB,BC,AC与三角面a1b1c1的线段a1b1,b1c1,a1c1是否相交，如果其中一个线段相交(a1b1和AB或a1b1和AC或a1b1和BC或，a1c1和AB或a1c1和AC或a1c1和BC或，b1c1和AB或b1c1和AC或b1c1和BC)，满足条件，形成壁厚。
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