基于参数化逆向建模的仿真优化设计.pdf

第 n 期 2 0 1 5年 1 1月 组 合 机 床 与 自动 化 加 工 技 术 M o d ul a r M a c h in e To o l Au t o ma t ic M an u f a c t ur ing Te c h niq u e No 1 1 NO V 2 01 5 文章编号 1 0 0 1 2 2 6 5 2 0 1 5 1 1 0 0 1 3 0 3 D O I 1 0 1 3 4 6 2 j c n k i mm t a mt 2 0 1 5 1 1 0 0 4 基于参数化逆向建模的仿真优化设计 水 周 小 东 成 思源 杨 雪荣 王 乔 吕 瑟 广东工业大学 机 电工程学院 广东省创新方法与决策管理系统重点实验室 广州 5 1 0 0 0 6 摘要 对逆向工程 中的参数化建模技术和仿真优化的集成应用进行研 究 首先将扫描获得的点云数 据导入到 G e o m a g ic D e s ig n D i r e c t 逆向软件 中 采用正逆向参数化建模 的方法完成模型的重建 然后 将模型导入到 Wo r k b e n c h中划分网格 施加载荷和约束 建立有限元模 型并进行计算 得 出了零件 在逆 向重构后 的应力和形 变云图 为实物对 象的优化提供 了指导 实例表明参数化的逆 向建模和仿 真优化的集成应用加快 了产品的开发效率 为产品的改进和再设计提供 了新的途径 关键词 逆向工程 仿真优化 参数化建模 中图分类号 T H1 6 6 T G 5 0 6 文献标识码 A S imul a t io n a n d Opt imiz a t io n De s ig n Ba s e d o n Pa r a m e t r ic Re v e r s e M o d e l ing Z H O U X ia o d o n g C H E N G S i y u a n Y A N G X u e r o n g WA N G Q ia o L V S e C o l l e g e o f E l e c t r o me c h a n ic s E n g in e e rin g K e y L a b o r a t o r y o f I n n o v a t io n Me t h o d a n d D e c is i o n M a n a g e m e n t S y s t e m o f G u a n g d o n g P r o v in c e G u a n g d o n g U n iv e r s it y o f T e c h n o l o g y G u a n g z h o u 5 1 0 0 0 6 C h in a Ab s t r a c t To s t u d y t h e in t e g r a t e d a p p l ic a t i o n o f r e v e r s e mo d e l in g a n d s imu l a tio n o p t imiz a ti o n Fi r s t l y t h e p o i n t c l o ud d a t a wa s o bt a i n e d b y s c a n n in g wh ic h wa s t h e n impo se d in t o Ge o ma g i c De s ig n Di r e c t r e v e r s e s o ftwa r e a n d the mo d e l wa s r e c o ns t r u c t e d b y u s in g f o r wa r d a n d r e v e r s e p ara me t r ic mo d e l i n g me t h o d s Th e n t h e mo d e l wa s i mp o se d in t o the W o r k b e n c h b y me s h in g l o a ds a n d c o n s t r a in t s a p p fic a fi o n the fi n it e e l e me n t mo d e l wa s c o n s t r u c t e d for f u r t he r c a l c u l a t io n Th e s t r e s s an d d e f o r ma t i o n c l o u d o f r e v e r s e r e mo d e l in g w e r e o b t a in e d w h ic h p r o v id e d the p h y s ic a l o b j e c t w ith o p tim iz a tio n g u i d anc e E x a m p l e s s h o w tha t the in t e g r a t e d a p p l ic a t io n s o f pa r a me t e r iz e d r e v e r s e mo d e l in g with s imu l a ti o n o pt imiz a t io n c o u l d a c c e l e r a t e the d e v e l o p me n t e ffic ie n c y o f p r o d u c t s wh ic h p r o v id e s a n e w wa y f o r p r o d u c t imp r o v e me n t a n d r e d e s ig n Ke y wo r d s r e v e r s e e n g in e e r in g o p t i miz a ti o n a n d s imu l a t io n p ara me t r ic mo d e l i n g 0 引言 逆向工程 R e v e r s e E n g in e e rin g R E 是先进制造 领域的一项关键技术手段 它是根据已经存在 的产 品 实物模型 通过反向设计获取产 品原始设计参数的过 程 运用逆向工程可以缩短产 品设计周期 降低了设 计成本 提升产品的市场竞争力 拓展设计师的设计思 维 同时对工艺产品的改 良或再开发设计具有高效的 便捷性和操作性 利用计算机对零件进行有限元 分析也称作计算机辅助工程 C A E 它是指工程设计 中的分析计算与分析仿真 具体包括工程数值分析 结 构与过程优化设计 强度与寿命评估 运动 动力学仿 真 它的核心技术为有限元技术与虚拟样机的运动 动 力学仿真技术 j 以上两种先进设计技术 的集成应 用 可以加快产 品的开发效率 为产品的改进和再设 计提 供 了新 的途径 G e o ma g ic D e s ig n D i r e c t 是 G e o m a g ic 公司推出的一 款正逆向直接建模工具 兼有逆 向建模软件的采集原 始扫描数据并进行预处理的功能 和正向建模软件的 正向设计功能 它在一个完整的软件包中无缝结合了 即时扫描数据 点云或网格面 编辑处理 二维截面草 图创建 特征识别及提取 正 向建模 和装配构造等功 能 基 于 G e o ma g i c D e s i g n D i r e c t 的混 合 建模 用 户 可 以直接将点云扫描或导人至应用程序 然后使用丰富 的工具命令快速地创建和编辑实体模型 并可以实现 参数化的建模 提高了建模的效率 Wo r k b e n c h是 A n s y s l 1 0后新出现的一个模块 作 为 A n s y s 新一代的多物理场协同 C A E仿真环境 有更 加完善的产品分析模块 调用方便 有强大的网格划分 功能 同时与 C A D系统无缝连接 导入模型时 避免了 收稿 日期 2 0 1 5 0 1 0 5 修回日期 2 0 1 5 0 1 2 8 基金项 目 国家 自然科学基金资助项 目 5 1 1 0 5 0 7 8 广东省教育部产学研结合项 目 2 0 1 2 B 0 9 1 1 0 0 1 9 0 广东省科 技计划项 目 2 0 1 1 A 0 6 0 9 0 1 0 0 1 2 0 1 3 B 0 6 1 0 0 0 0 0 6 广州市科技计划项 目 2 0 1 3 J 4 3 0 0 0 1 9 作者简介 周小东 1 9 9 1 一 男 湖北随州人 广东工业大学硕士研究生 研究方向为逆向工程技术 E ma i z h o u x i a o d o n g 6 0 5 1 6 3 c o rn 1 8 组合机床与 自动化加工技术 第 1 1期 1 0 O 一 1 O b f 0 2 一 I c f O 3 图4小波精细积分法信号降噪结果 由于小波精细积分法的稳定性和时间步长无关 表 中并未列出小波精细积分法的步长 对 比图 3和图 4 不难看出 在相同的时间参数下得到的振动信号滤波结 果类似 但小波精细积分法得到的滤波结果更光滑一 些 由于模型相同 降噪有效性相同 但小波精细积分 法的精度更高一些 数值解的衰减更小 事实上 随着 时间参数的不断加大 差分法同样可以得到更为光滑的 结果 图5所示轴心轨迹图反映了差分法和小波精细 积分法的精度 事实上 小波精细积分法是一种半解析 法 不存在解误差的叠加问题 求解精度更高 图 5也 反映了这 点 b 小波精细积分法 图 5 降噪后 的轴心轨迹图 3 结束语 针对已有轴心轨迹提纯算法存在的问题 给出了 轴心轨迹提纯偏微分方程模型的小波精细积分算法 相对于差分法 小波精细积分法是一种半解析方法 该 方法结合了小波多尺度方法和精细积分法 的双重优 点 在求解轴心轨迹提纯偏微分方程模型时 具有绝 对稳定性 时间步长不受限制 可大大提高计算效率 并为轴心轨迹的自动识别提供了较为精确的依据 参考文献 1 张丹 侯力 曾颖锋 等 基于小波消噪的主轴回转精度 动态测量法 J 组合机床与自动化加工技术 2 0 1 5 5 7 3 79 2 陆峰 沈鸿波 张晓飞 等 基于垂直两点法的电主轴回转 精度分析 J 组合机床与 自动化加工技术 2 0 1 4 1 1 1 4 1 8 3 籍永建 王红军 孟哲 等 基于小波去噪算法的主轴轴心 轨迹提纯研究 J 制造业 自动化 2 0 1 4 3 6 9 4 4 4 5 58 4 张文斌 周晓军 杨先勇 等 基于谐波窗方法的转子轴心 轨迹提纯 J 振动与冲击 2 0 0 9 2 8 8 7 4 8 2 5 尹爱军 孙丽萍 王见 偏微分方程在轴心轨迹提纯中的 应用 J 重庆大学学报 2 0 1 1 3 4 1 2 7 2 7 7 6 吴宏钢 尹爱军 秦树人 基于P D E的振动信号去噪研究 J 机械工程学报 2 0 0 9 4 5 5 9 1 9 4 7 S h u L i Me i H P M b a s e d D y n a mi c Wa v e l e t T r a n s f o r m a n d I t s A p p l i ca t i o n i n I m a g e D e n o i s in g J Ma t h e ma t i ca l P r o b l e ms in En g ine e r in g 201 3 2 01 3 1 1 4 8 H u a H o n g Y a h A d a p t i v e w a v e l e t p r e ci s e in t e g r a t io n m e t h o d f o r n o n l in e a r B l a ck S ch o l e s mo d e l b a s e d o n v a ri a t io n a l it e r a t io n me t h o d J A b s t r a ct a n d A p p l i e d A n a l y s i s 2 0 1 3 201 3 1 6 9 L L i u C o n s t r u ct io n o f i n t e r v al S h a n n o n w a v e l e t a n d i t s a p p l i ca t i o n in s o l v i n g n o n l i n e a r B l a ck S ch o l e s e q u a t io n J Ma t h e ma t ical P r o b l e ms in E n g in e e r in g 2 0 1 4 2 0 1 4 1 9 编辑李秀敏 上接 第 1 5页 1 参数化建模的 C A D模型有助于重建后模型的 修改 2 增加了逆向建模后的产品的可靠性 3 提高了逆向建模结构设计和强度分析的一体 化程度 4 加快了产品的开发效率 同时能够提前发现 逆向建模后的产品预留的潜在性问题 参考文献 1 蔡克中 钟砚涛 现代产品设计中逆向工程技术 的应用 J 包装工程 2 0 0 6 2 7 3 1 5 6 1 5 8 2 刘溪涓 刘镝时 数字化设计制造应用技术基础 M 北 京 机械工业 出版社 2 0 0 9 3 孙文涛 董斌 产品设计中逆向工程技术应用研究 J 包 装工程 2 0 1 4 3 5 1 2 8 0 8 3 4 刘进 后舱门的反求设计和有限元分析 D 南京 南京 理工大学 2 0 0 7 5 王国新 宁汝新 王爱民 等 仿真优化在制造系统中的应 用现状及发展趋势 J 系统仿真学报 2 0 0 8 2 0 1 1 6 6 成思源 逆向工程技术综合实验 M 北京 电子工业出 版社 2 0 1 0 7 郝好山 胡仁喜 康士廷 A N S Y S 1 2 0 L S D Y N A非线性 有限元分析从人门到精髓 M 北京 机械工业出版社 2 0 1 0 8 仇灿华 成思源 张湘伟 等 基于反求工程技术的零件有 限元分析 J 机械设计与制造 2 0 0 9 9 3 5 3 6 9 王歇成 有限单元法 M 北京 清华大学出版社 2 0 0 3 1 0 P R E W C D S im u l a t i o n o f t h e D y n a m ic B e h a v i o r o f P a e k a g in g P r o d u ct s J P a ck a g i n g T e ch n o l o g y a n d S ci e n ce 1 9 9 3 6 6 1 3 2 1 1 1 陈金玉 杨来侠 基于 A W0 R I B E N cH手机外壳有限元 网格划分研究 J 现代制造技术与装备 2 0 0 8 1 5 8 一 印 1 2 D o n g k a i J ia K e Wu S h i Wu e t a 1 T h e s t ruct u r a l a n a l y s i s a n d o p t im i z a t i o n o f d ie s e l e n g in e co n n e ct in g r o d J E l e