图形技术-2005版3

1,第五章图形的几何变换和造型,计算机辅助机械设计基础,2,第五章图形的几何变换和造型,几个专题：机构动态可靠性分析与仿真基于知识的CAD装配轨迹规划,3,机构动态可靠性分析与仿真,机构是机械系统的重要组成部分，它是由两个以上的构件系统组成的，其基本功能是实现预期的运动要求和传递动力，基本特征是在系统运行过程中各构件间存在相对运动。机构是航空航天器的重要组成部分。,4,机构动态可靠性分析与仿真,软件平台介绍机构分析仿真软件ADAMS有限元分析软件ANSYS几何建模软件UG,5,机构可靠性分析方法,在机构动态分析中，对于运动学分析和刚体动力学分析，机构弹性动力学与结构力学的区别在于节点刚体位移的处理，在论文中采用结合现有软件，ADAMS和ANSYS进行研究的方案。为了方便研究，将机构可靠性分为机构构件的结构可靠性和机构的运动功能可靠性，建立了与之相适应的可靠度求解模型。,6,空间站展开机构示意图,机构动态可靠性分析与仿真,7,空间站展开机构计算机模型（初始状态）,8,刚性体动力学仿真,根据刚性体动力学的正逆问题结果比较，在正问题中求得的驱动件的运动规律与在逆问题中驱动件的起始运动规律一致。因而可以确定该模型适用于刚性体动力学问题的求解。,9,柔性体动力学仿真录像,比较刚性机构和柔性机构两种模型的仿真结果可以看出，尽管刚性机构与柔性机构有一致的整体运动规律，但机构中构件的柔性特性对整个机构特性的影响不可忽略。,10,展开机构构件的强度分析,一、杆件B5变形图,不考虑温度影响考虑温度影响,11,机构动态可靠性分析与仿真,空间站展开机构概率分析随机变量的分类：驱动规律的影响；装配的影响；摩擦的影响。目标函数的分类：机构的平均展开速度；构件的柔性变形；柔性体构件的运动加速度。可靠性分析方法的选择：对于刚体动力学分析采用蒙特卡罗法；对于柔性体动力学分析采用响应面法。,12,矢量喷管机构简图,机构动态可靠性分析与仿真,13,矢量喷管机构刚体动力学仿真分析,机构动态可靠性分析与仿真,14,矢量喷管机构弹性动力学仿真分析,机构动态可靠性分析与仿真,15,矢量喷管机构可靠性分析,运动学可靠性分析：矢量喷管机构的运动学可靠性是指，在矢量喷管机构做一矢量动作时，当输入变量在给定值附近随机变化时，能表示这一矢量动作的目标函数能否保持在设计要求的工作范围内。动力学可靠性分析：矢量喷管机构动力学可靠性是指在矢量喷管机构运动中，作动筒上所需要的液压力FYMAX能够小于液压系统所提供的最大液压力FEN。,16,随机变量分类,一、机构驱动规律的影响。主要是液压规律的随机变化，包括的随机变量有液压系统的加速时间TS，平稳运行速度VR，减速时间TE和平稳运行时间TR。二、气压载荷的影响。为了便于分析将气压载荷转化为7个集中载荷，如表5.4.2中所列，依次将其定义为变量F1，F2，F3，F4，F5，F6，F7。三、摩擦力的影响。主要考虑A9调节环定心高副上的摩擦力，定义摩擦系数为u。,17,构件的动态强度可靠性分析,分析构件：扩张调节片分析方法：瞬态动力学分析载荷分类：（1）作用在扩张调节片底部的气压力（2）构件连接处的集中载荷（3）收敛片对扩张调节片的作用力,18,扩张调节片强度分析结果,19,结论,论文通过对空间站展开机构和轴对称矢量喷管机构的仿真分析和可靠度计算，对机构动态可靠性分析与仿真研究做出探索，得出以下结论：(1)机构弹性动力学问题目前处于较前沿的研究领域，在本文采取结合现有软件，机构动力学仿真软件ADAMS和结构分析软件ANSYS，通过实例的验证说明这种方法是可行的。(2)在确定机构的总体运动参数时，如空间站展开机构的展开时间，使用刚体动力学模型分析结果就足够准确了，因为机构的柔性效应主要表现在变形和节点载荷两方面。,20,基于知识的发动机零部件集成设计方法研究,21,研究背景,航空发动机复杂装配设计，涉及多学科知识非纯计算和逻辑推理的过程强调团队化、协同化、智能化知识工程（KBE）本质是“知识再利用”强调专家知识的传递、继承和积累,22,基于知识的发动机零部件设计,方案设计（概念设计）阶段：采用CBR(CaseBasedReasoning)方法获得初始设计方案,详细设计及工程图设计阶段：采用KBCAD(KnowledgeBasedCAD)方法实现知识辅助设计,23,采用CBR的方案设计方法,发动机零部件设计并不是一个纯计算和逻辑推理过程，须依据已有的设计知识，迅速找到初始设计方案。实例指过去在满足特定设计要求下所获得的设计结果，是专家知识的总结。CBR以以往设计成功的实例为基础，通过类比设计从而得到新的设计，符合设计专家的思维过程。,24,CBR实例模型,实例模型是基于产品实例的特征和参数描述的产品概念模型，可表示为：Case(F,P)=Case(f1,f2,f3,fn),(p1,p2,p3,pm)其中：F=(f1,fn)，fi为特征；P=(p1,pm)，pj为参数，F和P之间存在映射关系。特征主要描述与设计任务或用户要求相关的属性，如压比、总温等；参数主要描述实例本身的主要参量，是设计的结果，例如攻角、落后角等。,25,CBR实例知识表示,实例类知识所采用的知识表示方法为面向对象的知识表示方法，以属性表的方式在PDM系统中进行存取。实例知识的数据结构如下：,26,相似性判据与相似度计算,相似性判据应以方案论证后给出的性能参数为主，如同时还需考虑少量几何参数和物性参数。在进行检索时，用户可以根据具体需求对相似性判据进行组合，并赋予不同的权值。实例之间的相似度一般用距离函数进行衡量,27,知识库构建,28,方案设计流程图,29,基于知识的CAD,知识工程与CAD技术的结合，实现产品工程规则驱动产品几何模型。,30,系统架构,提出了采用三层架构的系统框架，划分为表示层、控制层和数据层，分别在各层面上组织相关功能,31,表示层,也称人机界面，是程序运行的入口，用户可提出问题、初始化数据，显示程序的运行结果和相关信息。,32,控制层,完成人机界面底层的逻辑操作，如知识获取及解析验证、模型相关操作、知识驱动自动化、数据层访问等,33,数据层,数据层用于存储系统数据，包括领域知识库、通用数据库以及设计实例库,34,KBCAD系统知识分类,根据系统能否直接表示、解析并将知识与模型相结合可分为两类：显性知识和隐性知识。,35,显性知识用途1：完全知识建模,所有的几何元素都通过UG/KF语言进行描述，可实现知识规则对模型的完全控制，灵活度高，但是在面对复杂模型时，编程较为复杂。,36,用途2：基于知识的参数化建模,设计之初采用常规的参数化特征建模，然后由UG/KF语言基于设计规则进行尺寸校验，并更新模型,37,用途3：设计校验,强度校核总重量校核可加工性可装配性可维修性,38,用途4：工程图设计,自动添加工程图信息自动生成技术要求,39,设计流程,方案设计详细设计工程图设计,40,结论,通过实例验证了现代CAD技术性新