工程仿真精度可信的CAD模型简化

工程仿真精度可信的CAD模型简化I.绪论

A.研究背景

B.研究目的

C.研究意义

II.相关研究

A.CAD模型简化技术

B.工程仿真技术

C.CAD模型简化与工程仿真的关系

III.工程仿真精度可信的CAD模型简化方法

A.CAD模型的四面体生成

B.误差建模与分析

C.误差修正算法

D.网格质量评估

IV.仿真实验与分析

A.构建仿真模型

B.对比实验设计与分析

C.算法效果验证

V.结论与展望

A.论文工作总结

B.改进与优化方向

C.研究的应用价值和未来方向

注：以上提纲仅供参考，实际论文可以根据具体情况进行修改调整。第一章绪论

A.研究背景

在现代工程设计过程中，CAD模型和工程仿真是不可或缺的组成部分。CAD模型能够准确的表达复杂的物体形状和结构信息，为工程设计提供了实现的基础；而工程仿真则可以通过对物理过程的数值模拟来预测设计方案在实际应用中的行为，为优化设计提供依据。

然而，CAD模型往往包含大量的细节和复杂的几何形状，需要大量的计算资源才能进行仿真计算。而且，这些复杂的CAD模型也往往导致仿真计算的不稳定性和误差的增加，影响了仿真精度和可靠性。因此，如何在保证仿真精度和可信度的前提下简化CAD模型，缩短计算时间和降低成本，成为了当前CAD与工程仿真结合应用中急需解决的问题。

B.研究目的

本论文旨在研究工程仿真精度可信的CAD模型简化方法，以提高CAD模型在仿真计算中的效率和可信度。通过实现CAD模型的四面体生成、误差建模与分析、误差修正算法和网格质量评估等关键技术，实现了CAD模型的简化，为工程仿真提供了更加准确和高效的计算基础。

C.研究意义

本论文的研究成果可以有效解决工程仿真计算中的CAD模型过于复杂导致计算效率低下和误差增大的问题，大大提高了仿真计算的准确性和精度。此外，在工程实际应用中，CAD模型简化方法能够节省计算时间和降低成本，为工程设计和制造提供更加优化的方案。第二章相关研究

A.CAD模型简化技术

随着计算机和CAD技术的不断发展和普及，CAD模型的复杂度越来越高。为了在保持CAD模型功能的同时提升其性能，研究学者提出了各种CAD模型简化技术，包括基于几何特征的简化方法、基于曲面重构的简化方法、基于细分曲面的简化方法等。其中，基于细分曲面的简化方法以其高效、精确等优秀的特点，在CAD模型简化方面的应用得到广泛发展。

B.工程仿真技术

工程仿真是基于数值计算的科学和技术领域，对于工程设计和制造具有非常重要的意义。工程仿真的技术包括有限元分析、计算流体力学、多体动力学等。借助这些仿真技术，可以对工程设计方案进行预测、分析和验证，为科学设计和优化提供基础。

C.CAD模型简化与工程仿真的关系

CAD模型的复杂度会直接影响工程仿真的计算效率和计算精度。因此，如何有效地简化CAD模型，在保持相应仿真精度的前提下提高仿真效率，成为了工程仿真领域中的热点问题。目前，CAD模型简化技术与工程仿真技术已经形成了密切的联系，许多简化算法和技术也被广泛应用于工程仿真领域。

总之，CAD模型简化技术和工程仿真技术是当前工程设计和制造过程中必不可少的两大技术手段。在工程仿真领域，CAD模型简化技术的发展和应用成果，对于提高仿真计算的精度和效率，促进科学的工程设计具有非常重要的价值和意义。第三章CAD模型简化方法

针对目前工程设计和制造中复杂CAD模型导致高计算成本和误差增加的问题，研究学者们提出了各种CAD模型简化方法。本章主要介绍了四面体网格生成、误差建模与分析、误差修正算法和网格质量评估等主要的CAD模型简化方法。

A.四面体网格生成方法

四面体网格是一种非常常见的3D离散网格结构，特别适用于CAD模型的简化和数值计算。目前，四面体网格生成方法大致可以分为两类：基于边界的方法和基于体数据的方法。

基于边界的四面体网格生成方法通过分割工程设计模型的表面几何形状，构建模型内部的四面体网格模型。由于其计算速度较快，简化效果较好，因此在工程实际应用中广泛使用。

基于体数据的四面体网格生成方法则是通过将实际工程设计模型映射到一个体数据网格上，然后进行四面体剖分。这种方法在复杂CAD模型和非规则网格简化方面相较于边界法更加有效，但计算速度较慢。

B.误差建模与分析方法

误差建模与分析方法是为了在进行CAD模型简化时，预测简化后模型的误差级别和影响。常用的误差建模方法包括几何误差模型、网格误差模型、边界条件误差模型等。

首先，几何误差模型是对于CAD模型的几何拓扑关系和几何形状进行分析，构建出误差模型，从而预测简化后的CAD模型误差级别。

网格误差模型方法是将错误网格误差分割成逐渐减小的子级别，形成一个错误的网格误差向量空间。然后，用的Krivonak和Shepherd等人提出的较为成熟的误差模型方法，对CAD模型简化过程中的误差进行建模。

C.误差修正算法方法

误差修正算法主要针对CAD模型简化后产生的误差问题，进行误差修正和优化。通常最简单的修正方法是将模型进行拖拽或变形，使其达到更接近理想模型的状态。此外，更为高效的误差修正方法包括基于拓扑结构的误差修正、基于网格切割的误差修正、基于建模的误差修正等。

D.网格质量评估方法

网格质量评估方法是用于评估CAD模型简化后的四面体网格质量的一种方法。该方法通常采用的是基于网格的形状度和尺寸度两个维度进行评估。其中，形状度指的是四面体网格形状的近似程度，尺寸度指的是四面体网格刚性和柔性的程度。通过对CAD模型简化后四面体网格的质量进行评估，可以更好的保证计算结果的准确性和可靠性。

总之，在CAD模型简化技术方面，四面体网格生成、误差建模与分析、误差修正算法和网格质量评估是主要的技术手段。这些技术方法的研究和实践应用为工程仿真提供了强大的理论和实用的基础，大大提高了CAD模型的应用效率和仿真计算的准确性和精度。第四章CAD模型简化的应用

随着工业化和信息化的加速发展，CAD模型简化技术得到了广泛应用，为实现快速和高效的工程设计、制造和仿真提供了重要的支持和保障。本章主要介绍CAD模型简化的主要应用领域和具体案例。

A.工程设计领域

CAD模型简化技术在工程设计领域应用广泛。例如，一般的车身铆合单元数目达到数万个，但是在工程设计中，只需要通过CAD模型简化将其缩减为几百到几千的四面体网格模型。这不仅可以显著缩短处理时间，降低成本，而且可以简化流程，让工程设计人员可以更加有效地从车身的铆合元素中获取有效信息并进行决策。

B.制造领域

CAD模型简化技术在制造领域应用广泛。例如，对于一个工程制造器件的CAD模型，其铆合单元较多，数据量巨大，因此，需要使用CAD模型简化技术，将其转化为简单的四面体网格模型，便于实际生产制造的效率。

C.仿真领域

CAD模型简化技术在仿真领域得到了广泛应用。例如，对于高速飞行器的结构学分析，一个复杂的公差模型可能包含数百万个拓扑元，但实际上很少需要在完整的模型上进行正演分析。因此，使用CAD模型简化技术可以将模型缩减到数万或数千的4元模型，从而大大减少了求解器的计算时间和所需的计算资源，同时保持了仿真精度和准确度。

D.电子游戏和虚拟现实领域

CAD模型简化技术在电子游戏和虚拟现实领域也得到了广泛应用。例如，在游戏制作中，需要大量的三维模型来实现不同的场景和人物的展示。但是，使用不适当的三维模型会导致游戏的运行速度变慢，而对于用户而言，如果三维模型不太现实可能影响游戏的体验。在这种情况下，CAD模型简化技术可以实现高效且准确的三维模型，提高游戏中的性能和用户体验。

总的来说，CAD模型简化技术在工程设计、制造、仿真和电子游戏和虚拟现实等方面达到了广泛应用和较好的效果。随着技术的不断发展和应用的拓展，更多的行业和领域将会开始使用CAD模型简化技术来提高工作效率和产品质量。第五章CAD模型简化的方法和技术

CAD模型简化是一种重要的工程设计和制造技术，其目的是从原始CAD模型中提取出必要而又足够的信息，同时从模型中删除不需要的信息。这种技术可以实现模型的压缩，提高工程设计和制造的效率。本章将介绍CAD模型简化的主要方法和技术。

A.统计CAD模型数据

在CAD模型简化的过程中，第一步需要了解和收集原始CAD模型的数据。对包括零件名称、零件材料、零件尺寸以及零件堆积方式的最全面的信息进行收集和整理。使用该信息可以制定具体的CAD模型简化方案以及其它优化措施，使其更加适合后续应用。

B.控制模型的拓扑结构

模型的拓扑结构包括模型的构造方式以及实际的几何形状。为了控制模型的拓扑结构，例如减少特定单元内元素的数量和增加部分单元的数量。不仅可以删除不需要的元素，维护拓扑结构，但同时也可以使生成的四面体网格质量更高。

C.实现几何简化

几何简化是指对CAD模型中的几何信息进行删除和简化的过程。这种简化通常是删除不需要的部分，例如，半空间空气、空洞和壁纸，以及对这些附加几何数据所需的信息。这些信息的删除可以大大简化三维模型，提高模型的效率。

D.利用网格化模型生成更好的模型

使用网格化模型在CAD模型简化过程中是比较常见的一种方式。网格化模型可以使用更少的元素表示一些物体，从而有效地缩减数据量和计算复杂性。此外，在CAD模型简化时，可以使用曲面或NURBS网格曲面将平滑曲面折叠成简单曲面，并轻松省略其中的一部分区域。

E.使用仿真和来验证简化结果

在对CAD模型进行简化后，需要使用仿真和验证测试结果。通过针对详细复杂的设计的实际测试结果，可以验证简化结果是否与复杂原始模型的结果相似，使得CAD模型简化技术更具实践意味。

F.其它技术

除了