CN116401835A - 基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化方法、系统、介质和设备 - Google Patents
基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化方法、系统、介质和设备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化方法、系统、介质和设备，该方法包括下述步骤：获取需要进行三维建模的实物照片；基于照片建模技术构建初始的三维几何模型并进行面片修复，得到最终的三维几何模型；对照片构建的三维几何模型进行结构性能分析，结构性能分析包括静力学分析和模态分析；对进行结构性能分析后的三维几何模型进行结构拓扑优化，划分优化区域以及排除区域，将汽车行星轮四周与外界接触位置进行排除，得到拓扑优化后的模型，结构拓扑优化包括刚度优化和频率优化。本发明可直接通过照片构建三维几何模型，能够繁琐的建模过程，提高了三维几何模型的构建效率跟准确度，实现产品的高效高质量设计。
Description
技术领域
本发明涉及汽车零部件性能分析与结构优化技术领域，具体涉及一种基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化方法、系统、介质和设备。
背景技术
汽车零部件性能分析技术是指对汽车零部件的各项性能进行全面的性能评估和分析的一种技术。它通过各种仿真和实验手段，包括材料分析、机械性能测试、耐久性测试、动态力学分析等，对汽车零部件的各项性能进行评估，可为汽车设计、制造、维修和升级提供参考依据。其中，基于计算机仿真分析的汽车零部件性能分析，可通过仿真技术分析零部件各项性能，并能够基于性能仿真结果进行结构优化，有利于减少物理实验次数，提高产品设计效率并节约成本。在计算机仿真中，需要零部件的几何模型，而在对汽车零部件实物进行建模时，往往使用计算机辅助设计(CAD)软件进行建模。这种方法能够生成准确的三维几何模型，并且可以进行精细的调整和修改。然而，该方法需要专业的CAD软件和技术，而且需要繁琐的建模过程；此外，还可以使用激光扫描仪将实物扫描为三维模型，这种方法适用于复杂的曲面和零部件，但需要专业设备和技术。为了解决上述难题以及工程分析中所遇到的问题，需要一种更为高效的汽车零部件性能分析与结构优化方法。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化方法，本发明可直接通过照片构建三维几何模型，能够繁琐的建模过程，提高了三维几何模型的构建效率跟准确度，实现产品的高效高质量设计。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第二目的在于提供一种基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化系统。
本发明的第三目的在于提供一种计算机可读存储介质。
本发明的第四目的在于提供一种计算设备。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化方法，包括下述步骤：
获取需要进行三维建模的实物照片，基于照片建模技术构建初始的三维几何模型并进行面片修复，得到最终的三维几何模型；
对照片构建的三维几何模型进行结构性能分析，结构性能分析包括静力学分析和模态分析；
对进行结构性能分析后的三维几何模型进行结构拓扑优化，划分优化区域以及排除区域，将汽车行星轮四周与外界接触位置进行排除，得到拓扑优化后的模型，所述结构拓扑优化包括刚度优化和频率优化。
作为优选的技术方案，所述获取需要进行三维建模的实物照片，所述实物照片采用摄像模块拍摄的照片或拍摄的视频处理后得到的照片。
作为优选的技术方案，摄像模块拍摄时，选择用跟三维建模不同颜色的纸张隔开实物与周围环境，对实物360度环绕、分成上中下和顶部四个不同部位方向拍摄，同时设置每两张相邻照片之间的实物重复区域比例。
作为优选的技术方案，基于照片建模技术构建初始的三维几何模型并进行面片修复，具体步骤包括：
选择待添加的照片，将拍摄的模型进行导入；
选择待对齐的照片，设置点云生成参数，得到的稀疏点云模型生成空间像素点，删除掉离散的空间像素点；
建立密集点云，最后生成密集空间像素点，删除照片背景产生的多余空间像素点；
以高面数和禁用插值模式生成三角面，得到一个实物表面面片模型。
作为优选的技术方案，所述静力学分析的具体步骤包括：
导入构建的最终的三维几何模型，设定材料，划分网格，施加边界条件，求解变形、应变、应力。
作为优选的技术方案，所述边界条件包括固定支撑和力载荷。
作为优选的技术方案，所述模态分析的具体步骤包括：
导入构建的最终的三维几何模型，进行自由模态分析，对模型进行实体化的重构，由面片转化成实体，依次设定材料的弹性模量、泊松比、密度，对实物进行网格划分，求解出模型的频率和变形图示。
为了达到上述第二目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化系统，包括：实物照片获取模块、三维几何模型构建模块、结构性能分析模块、结构拓扑优化模块；
所述实物照片获取模块用于获取需要进行三维建模的实物照片；
所述三维几何模型构建模块用于基于照片建模技术构建初始的三维几何模型并进行面片修复，得到最终的三维几何模型；
所述结构性能分析模块用于对照片构建的三维几何模型进行结构性能分析，结构性能分析包括静力学分析和模态分析；
所述结构拓扑优化模块用于对进行结构性能分析后的三维几何模型进行结构拓扑优化，划分优化区域以及排除区域，将汽车行星轮四周与外界接触位置进行排除，得到拓扑优化后的模型，所述结构拓扑优化包括刚度优化和频率优化。
为了达到上述第三目的，本发明采用以下技术方案：
一种计算机可读存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时实现如上述基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化方法。
为了达到上述第四目的，本发明采用以下技术方案：
一种计算设备，包括处理器和用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现如上述基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化方法。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)与传统的建模方式相比，本发明可直接通过照片构建三维几何模型，能够繁琐的建模过程，提高了三维几何模型的构建效率跟准确度。
(2)本发明基于照片建模的三维几何模型实现结构性能分析与优化，实现产品的高效高质量设计。
附图说明
图1为本发明基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化方法的流程示意图；
图2为本发明基于照片建模技术对实物进行三维建模的示意图；
图3为本发明三维几何模型进行静力学分析的示意图；
图4为本发明三维几何模型进行模态分析的示意图；
图5为本发明三维几何模型进行刚度优化的示意图；
图6为本发明三维几何模型进行频率优化的示意图。
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。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化方法，包括下述步骤：
S1：获取需要进行三维建模的实物照片，基于照片建模技术构建初始的三维几何模型并进行面片修复，得到最终的三维几何模型；
在本实施例中，基于照片建模技术实现三维模型的构建所使用的实物照片为相机、手机等摄像模块拍摄的照片或者拍摄的视频处理后得到的照片；
在本实施例中，拍摄对象为汽车零部件，在拍摄时，为了将模型与背景更好地区分开来，选择用跟三维建模不同颜色的纸张隔开实物模型与周围环境，对实物模型360度环绕、分成上中下和顶部四个不同部位方向拍摄。拍摄时尽量保持只拍摄到模型这一个物体，为得到清晰的模型照片，待模型图像尽量稳定下来再拍摄，同时保持每两张相邻照片之间的拍摄实物模型的重复区域在40％-60％。
在本实施例中，基于照片建模技术实现三维几何模型的构建并进行面片修复，如图2所示，得到照片建模的三维几何模型，具体步骤包括：
导入照片：在Agisoft Metashape中选择添加照片，将拍摄的实物模型照片进行导入；
对齐照片：选择待对齐的照片，设置点云生成参数，得到的稀疏点云模型生成空间像素点，删除掉离散的空间像素点，避免后面构建模型时有多余的部分；
建立密集点云：以高精度建立密集点云，深度过滤选项设置为轻度已减少模型细节破坏，最后生成密集空间像素点，删除照片背景产生的多余空间像素点。
生成网格：以高面数和禁用插值模式生成三角面，得到一个实物表面面片模型；
S2：对照片构建的三维几何模型进行结构性能分析，其中包括静力学分析和模态分析；
如图3所示，对照片构建的最终的三维几何模型进行静力学分析，具体步骤包括：导入照片构建的最终的三维几何模型，设定材料，划分网格，施加边界条件(包括固定支撑和力载荷)，求解变形、应变、应力；
如图4所示，对照片构建的最终的三维几何模型进行模态分析，具体步骤包括：导入照片构建的最终的三维几何模型，通过模态分析软件进行自由模态分析，对模型进行实体化的重构，由面片转化成实体，再依次设定材料的弹性模量、泊松比、密度，对实体进行高精度的网格划分，最后求解出模型的频率和变形图示；
S3：对进行结构性能分析后的三维几何模型进行结构拓扑优化，划分优化区域以及排除区域，将汽车行星轮四周与外界接触位置进行排除，得到拓扑优化后的模型，并通过3D打印加工样本零件，其中结构拓扑优化包括刚度优化和频率优化；
如图5所示，对进行结构性能分析后的三维几何模型进行刚度优化，得到拓扑优化后的结果，具体步骤包括：
导入结构性能分析后的三维几何模型，依次设定材料，划分网格，添加固定支撑和力载荷之后，求解变形、应变、应力，然后将结果导入拓扑优化，划分优化区域以及排除区域，将汽车行星轮四周与外界接触位置进行排除，最后求解得到拓扑后的模型。
如图6所示，对进行结构性能分析后的三维几何模型进行频率优化，得到拓扑优化后的结果，具体步骤包括：
导入结构性能分析后的三维几何模型，依次设定材料，划分网格，添加约束，求解模态分析，得到六种振型，将求解的数据导入拓扑优化，划分优化区域以及排除区域，将汽车行星轮四周具有齿轮的轮廓与外界接触位置进行排除，最后求解到拓扑后的模型。
实施例2
本实施例提供一种基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化系统，包括：实物照片获取模块、三维几何模型构建模块、结构性能分析模块、结构拓扑优化模块；
在本实施例中，实物照片获取模块用于获取需要进行三维建模的实物照片；
在本实施例中，三维几何模型构建模块用于基于照片建模技术构建初始的三维几何模型并进行面片修复，得到最终的三维几何模型；
在本实施例中，结构性能分析模块用于对照片构建的三维几何模型进行结构性能分析，结构性能分析包括静力学分析和模态分析；
在本实施例中，结构拓扑优化模块用于对进行结构性能分析后的三维几何模型进行结构拓扑优化，划分优化区域以及排除区域，将汽车行星轮四周与外界接触位置进行排除，得到拓扑优化后的模型，所述结构拓扑优化包括刚度优化和频率优化。
实施例3
本实施例提供一种计算机可读存储介质，存储介质可以是ROM、RAM、磁盘、光盘等储存介质，该存储介质存储有一个或多个程序，程序被处理器执行时，实现实施例1的基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化方法。
实施例4
本实施例提供一种计算设备，该计算设备可以是台式电脑、笔记本电脑、智能手机、PDA手持终端、平板电脑或其他具有显示功能的终端设备，该计算设备包括处理器和存储器，存储器存储有一个或多个程序，处理器执行存储器存储的程序时，实现实施例1的基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化方法。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化方法，其特征在于，包括下述步骤：
获取需要进行三维建模的实物照片；
基于照片建模技术构建初始的三维几何模型并进行面片修复，得到最终的三维几何模型；
对照片构建的三维几何模型进行结构性能分析，所述结构性能分析包括静力学分析和模态分析；
对进行结构性能分析后的三维几何模型进行结构拓扑优化，划分优化区域以及排除区域，将汽车行星轮四周与外界接触位置进行排除，得到拓扑优化后的模型，所述结构拓扑优化包括刚度优化和频率优化。
2.根据权利要求1所述的基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化方法，其特征在于，所述获取需要进行三维建模的实物照片，所述实物照片采用摄像模块拍摄的照片或拍摄的视频处理后得到的照片。
3.根据权利要求2所述的基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化方法，其特征在于，摄像模块拍摄时，选择用跟三维建模不同颜色的纸张隔开实物与周围环境，对实物360度环绕、分成上中下和顶部四个不同部位方向拍摄，同时设置每两张相邻照片之间的实物重复区域比例。
4.根据权利要求1所述的基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化方法，其特征在于，基于照片建模技术构建初始的三维几何模型并进行面片修复，具体步骤包括：
选择待添加的照片，将拍摄的模型进行导入；
选择待对齐的照片，设置点云生成参数，得到的稀疏点云模型生成空间像素点，删除掉离散的空间像素点；
建立密集点云，最后生成密集空间像素点，删除照片背景产生的多余空间像素点；
以高面数和禁用插值模式生成三角面，得到一个实物表面面片模型。
5.根据权利要求1所述的基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化方法，其特征在于，所述静力学分析的具体步骤包括：
导入构建的最终的三维几何模型，设定材料，划分网格，施加边界条件，求解变形、应变、应力。
6.根据权利要求5所述的基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化方法，其特征在于，所述边界条件包括固定支撑和力载荷。
7.根据权利要求1所述的基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化方法，其特征在于，所述模态分析的具体步骤包括：
导入构建的最终的三维几何模型，进行自由模态分析，对模型进行实体化的重构，由面片转化成实体，依次设定材料的弹性模量、泊松比、密度，对实物进行网格划分，求解出模型的频率和变形图示。
8.一种基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化系统，其特征在于，包括：实物照片获取模块、三维几何模型构建模块、结构性能分析模块、结构拓扑优化模块；
所述实物照片获取模块用于获取需要进行三维建模的实物照片；
所述三维几何模型构建模块用于基于照片建模技术构建初始的三维几何模型并进行面片修复，得到最终的三维几何模型；
所述结构性能分析模块用于对照片构建的三维几何模型进行结构性能分析，结构性能分析包括静力学分析和模态分析；
所述结构拓扑优化模块用于对进行结构性能分析后的三维几何模型进行结构拓扑优化，划分优化区域以及排除区域，将汽车行星轮四周与外界接触位置进行排除，得到拓扑优化后的模型，所述结构拓扑优化包括刚度优化和频率优化。
9.一种计算机可读存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化方法。
10.一种计算设备，包括处理器和用于存储处理器可执行程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现如权利要求1-7任一项所述基于照片建模的汽车零部件性能分析与结构优化方法。
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