一、基于物理的自由曲面造型技术的现状与展望（论文文献综述）
刘云[1]（2021）在《基于逆向工程的仿生座具设计》文中指出家具是人们日常生活中从事生产实践以及社会活动不可或缺的器具。随着人们生活质量的提高,大众对家具的需求已经不仅仅停留在简单的使用上,用户开始更多的注重家具在使用中的情感交流。物与人之间的沟通则是通过物的功能及形态来进行,由此,家具造型在家具设计的中的地位越来越重要,设计师们也在不断思考和探索新的家具设计思路和方法。家具的传统设计开发模式大多是凭借设计师的直觉来进行,受设计师的主观审美及个人经验影响较大,难以形成科学标准的设计体系,同时由于产品研发成本的限制及产品市场响应的需求,传统家具设计模式重研发轻市场的问题也愈发明显。仿生设计作为一种现代设计理念和方法,它可以快速有效提取自然生物系统的理想特征和有机形态,充分把握自然界生物的根本特征将其转化为具体的产品设计方案,对于家具设计不仅可以提升产品的设计附加值,还可以更高效的使产品与市场接轨,使产品在拥有原创设计的同时,能够更符合市场的需求。仿生家具在视觉上具有非常鲜明的图像特征,充满激情和活力,带给人们新的体验和感受,因此,越来越多的仿生设计手法被应用到家具设计中,仿生设计已成为探索现代家具多元化创造的重要方向之一。本课题研究以家具常见种类座具为例,（在中国现代汉语词典中“坐”,同“座”。坐,在词性上属于动词,泛指“坐”这一动作;座,在词性中是名词属性;坐具,一词常指中国传统坐具椅、凳等。本课题中座具主要指的是现代家具座椅的一类统称,因此,选用“座具”二字为课题名称用词）提出了运用逆向工程技术和原理进行仿生座具设计的构想,逆向工程技术的应用可以更有效、更快速地提取生物的形态、结构并优化,把握自然生物的特征,提高仿生家具设计的精度,节省产品从设计构思到实践生产的时间,仿生的过程中能够最大限度把握合理性,使仿生家具更具个性和艺术性,提升人与家具之间的情感互动体验。以马蹄莲为仿生物原型,开展对仿生座具的设计研究,获取并重构马蹄莲的曲面造型结构;提取特征要素,通过参数化设计原理开发马蹄莲仿生座具;利用模糊综合评价法对仿生座具进行方案评估,通过产品快速成型技术制造出马蹄莲仿生座具的模型,分析产品造型质量。
张心慈[2]（2021）在《CNSBS曲面拼接方法的设计与实现》文中指出在计算机图形学领域中,曲线、曲面是产品外形设计研究的重要内容,因此曲面的光滑拼接是物体造型技术研究的热门问题。B样条曲线、曲面本身具有良好的外形局部性、连续性和凸包性,在生产实践中被广泛的应用。本文在查阅大量参考文献的基础上,提出了基于Coons类混合B样条曲面—CNSBS的曲面光滑拼接方法。本文首先介绍了曲面拼接技术的研究背景及现状,阐述了论文的选题意义,简要概括论文的结构及每一章的内容。其次介绍了B样条曲线和曲面分类、定义及性质。对均匀B样条曲线、曲面和准均匀B样条曲线、曲面做了详细的介绍,并生成曲线、曲面,给出运行结果。简单介绍Coons曲面的分类及生成原理,并将Coons曲面的生成原理与B样条曲线相结合,构造了CNSBS曲面。然后介绍了曲面拼接算法的基础理论知识,包括曲线、曲面在连接点、连接线处连续的条件,曲线、曲面的光顺的基本标准以及对不光顺情况的处理办法。最后介绍了几种曲面光滑拼接的方法,设计实现了基于四条B样条曲线边界及其跨界导矢,生成过渡CNSBS曲面的拼接方法。这种方法是基于B样条曲面的定义生成四片待拼接的曲面,获得B样条曲面边界线上的型值点,再根据型值点重新反算控制点,建立了四条跨界的过渡曲线,并求出其跨界导矢;再运用节点插入法,求出曲面上的控制顶点,分别构造在u和v两个方向上的插值于跨界曲线及其跨界斜率导矢的两个B样条曲面;然后根据定理分别求出两个B样条曲面的表达式,将两个曲面加权合并成一张曲面,求得过渡曲面CNSBS曲面的表达式。并基于VC++2010环境,采用Open GL函数,通过调试运行出最终的结果。通过结果分析,该算法运行可靠,结果正确,为曲面的光滑拼接奠定了基础。
刘峰成[3]（2020）在《自由曲面单层空间网格结构形态与网格优化研究》文中研究表明随着计算机辅助设计技术尤其是计算机图形学以及建筑建造工艺的快速发展,自由曲面空间网格结构已然成为当今空间结构发展的主要趋势。但自由曲面空间网格结构由于其形式的自由多变,如何合理的确定其建筑形态和曲面网格仍是当前空间结构领域研究的热点与难点之一。本文以自由曲面单层空间网格结构为研究对象,对此展开了系统的研究。首先,从曲面形态入手,提出了考虑结构缺陷敏感性和节点刚度影响的形态优化方法;其次,针对自由曲面的网格生成问题,考虑网格的均匀性、规则性、流畅性、网格走向以及结构性能等因素,研究并提出了一系列适用于自由曲面空间结构的网格生成及调控方法,以期为工程设计和建造提供有益参考。主要内容如下:（1）针对单层空间网格结构整体稳定对初始几何缺陷较为敏感的特点,提出了考虑缺陷敏感性的自由曲面单层空间网格结构形态优化方法。该方法以结构弯曲应变能比例为约束条件,通过调节结构内部弯曲应变能和总应变能的比例关系,降低优化后结构对初始几何缺陷的敏感性,从而得到在考虑初始几何缺陷后仍具有较高承载力的结构形态。此外,还对优化后结构进行了冗余特性评价。（2）在自由曲面单层空间网格结构的形态优化中考虑节点半刚性,探讨了节点刚度对自由曲面单层空间网格结构形态优化的影响。对优化后的刚性节点网格结构和半刚性节点的网格结构的力学性能进行了对比分析,并对其进行了缺陷敏感性评价。（3）为提高三角形网格的均匀性,以结构杆件为运动基本单元,提出了杆件自适应法。该方法可克服映射畸变误差,得到均匀程度较高的曲面三角形网格。基于杆件自适应法,考虑网格生成过程中固定点、固定边、网格尺寸、曲面曲率以及奇异点数量和位置等因素影响,完成了网格生成的多目标调控,丰富了网格形式,为建筑师提供了更多选择。（4）为更好地适应复杂曲面,基于物理学中库仑定律,开发了一种具有普适性的自由曲面网格划分算法——粒子自动配置算法。该方法将网格中节点比作电场中的带电粒子,利用电荷间的相互作用实现粒子的自我组织,完成曲面网格划分,可有效避免映射误差,得到高品质的网格拓扑,适用于任意曲面的网格划分。（5）为更好地表达建筑意蕴,综合考虑线条流畅性、网格规则性和网格走向提出了一种适用于自由曲面的基于初始点和导线的渐进网格生成方法,实现了对网格大小与走向的调控,可得到具有较高网格品质且线条流畅的建筑网格。（6）为得到在既定建筑曲面约束下具有较优力学性能的网格拓扑,提出了三种解决方案。首先,以应变能为目标,不改变网格拓扑,仅改变节点位置进行网格优化,并进行光顺性处理。其次,改进粒子自动配置法,根据杆件轴力大小调节粒子所带电量,保持网格拓扑不变对网格密度进行调整,得到疏密有致受力合理的网格布置。最后,基于结构主应力轨迹线,结合曲面映射原理和拟弹簧法提出了一种适用于自由曲面的网格生成方法,可得到样式丰富且具有较优力学性能的网格拓扑。（7）此外,为确定自由曲面单层空间网格结构中矩形截面型材的合理强轴方向,对其进行了几何绕率优化,并开发了由几何线模型转换成结构有限元模型的程序接口,为自由曲面单层空间网格结构参数化设计提供了技术支持。
黄磊[4]（2020）在《3D画笔建模及虚拟触觉绘制过程控制方法研究》文中提出无论从企业层面还是从普通消费者的层面来讲,产品外观设计在现代工业零部件或消费类产品概念设计阶段均占有越来越重要的作用。产品外观概念设计,包括产品总体外形设计以及该产品外表面的美观装饰,通常主要借助计算机辅助工业设计（简称CAID）的方法来完成。对于设计师来讲,CAID技术已成为一种能快速完成各种工业产品零部件外观创新设计和展示产品功能的有效方法。传统的CAID技术采用全局纹理映射方法实现从二维图形到三维模型外表面的转换,借以实现3D产品外表面的美观装饰。然而,从2D图形到3D物体复杂外表面的纹理映射过程很容易引起原有2D图形不可控扭曲、走样,且纹理映射施加过程既繁琐又易耗用过多的计算机内存资源。在产品外观创新设计中,设计师瞬间灵感扮演着非常重要的作用,而纹理映射技术需要映射二维图形到虚拟三维物体外表面,其过程僵硬,妨碍了设计师去自由随意捕捉设计灵感。伴随着绘画、书法等一系列带有特定风格化的虚拟绘制技术深入发展,直接在三维表面进行绘制和装饰的技术开始得到越来越多的关注。针对以上问题,本文提出了一种新型的变刚度3D画笔仿真模型及三维物体模型表面触觉绘制过程控制方法,主要研究内容如下:（1）深入分析了实际绘制过程中力对画笔工具弯曲变形的影响机理,综合研究了画笔笔杆的施加弯矩、绘制表面摩擦力、笔头湿度与3D画笔实时变形的内在关系,提出了一种新型的基于变刚度与弹塑性3D画笔力反馈仿真模型。首先采用弹塑性弯曲虚拟弹簧振子模型构建画笔力学模型,仿真画笔受力与画笔弯曲挠度位移、转角之间的关系。根据待绘制物体表面实际材质特性确定对应的动态摩擦系数,结合弯曲变形微分方程求解得到绘制表面对画笔笔头的反力,实时计算3D画笔与虚拟物体表面间的动态摩擦力。基于笔杆受力、绘制表面摩擦力、运笔速度、笔头湿度等物理量构建画笔笔头分叉的仿真模型。通过分解画笔为中心骨架与蒙皮的三角网格表面构建了 3D画笔几何模型。基于画笔所受弯矩、绘制表面摩擦力,利用改进的基于均值骨架驱动的三维网格变形技术实时模拟了画笔中心骨架弯曲变形及相应的笔头表面变形,实现了力对画笔弯曲变形的动态控制。（2）虚拟二维笔道绘制控制方法研究。首先,根据运笔过程中画笔受力与画笔变形的关系,建立了单次采样时刻弯曲变形的虚拟3D画笔与虚拟绘制平面相交时的空间几何关系模型,并结合真实绘制中的笔触图样,运用有理B样条技术拟合出类似“雨滴”的笔触形状。用户使用力反馈设备的铁笔控制绘制系统中虚拟画笔行为,画笔笔触沿着运笔方向顺次叠加生成各种风格的二维笔道效果。（3）特殊笔道效果绘制控制方法研究。①触觉绘制过程笔道颜色控制方法。基于KM颜色光学理论提出了一种虚拟绘制过程中笔道水墨颜料颜色控制方法。采用KM光学理论基本微分方程推导得到任意颜料厚度为D时的相应反射系数与透射系数计算公式。以颜料的两个关键光学参数（反射系数与透射系数）为切入点,依次构建了单一颜料颜色仿真算法、多种颜料混合下的“调色”仿真算法、多层颜料叠加时的“罩色”仿真算法。建立了宣纸上所绘制颜料的反射率与颜料颜色亮度值（R,G,B）转换的计算方法,实现了对绘制笔道着色效果的实时存储。②触觉绘制过程笔道水墨扩散效果控制方法。提出了一种新颖的三维绘制水墨颜料传输与扩散行为控制模型。首先,研究了二维表面水墨颜料扩散机理,以此建立了一种基于纸元的宣纸纤维结构模型;建立了画笔与宣纸表面间的水墨颜料传输过程仿真模型,基于非稳态扩散第二定律建立了宣纸表面水墨混合液中水粒子扩散运动微分方程,仿真了水粒子在宣纸表面的实时扩散行为;通过引入动态扩散系数,建立了颜料粒子对流扩散微分方程,仿真了颜料粒子在宣纸表面水墨混合液中的扩散行为;建立了笔头及宣纸表面的水蒸发微分方程,实现了有效的蒸发过程模拟。提出了颜料粒子“沉积率”的概念,并给出了沉积率计算的半经验公式,仿真了颜料粒子在宣纸纤维中沉积及固化后的“粒状”现象。（4）研究了虚拟物体表面三维笔道实时触觉绘制控制方法。通过采用优化的混合八叉树层次包围盒技术与多线程动态任务分配并行计算技术保证了虚拟画笔与虚拟物体表面的实时、高效、精确的碰撞检测。利用一种“加权的平均距离”算法,实现了笔头与虚拟物体表面间的触觉力模拟,仿真了绘制过程中笔头碰触3D表面时的触感。研究了一种球扩展操作算法建立了弯曲画笔的最小包围球。基于最小包围球计算得到了虚拟投影平面的平均法矢及空间位置。研究了一种局部实时映射技术,可将虚拟平面上的2D笔触实时映射到虚拟三维物体表面,得到虚拟三维笔触。通过控制画笔受力,沿着绘制方向将每个采样时刻得到的不同大小、形状的三维笔触叠加便得到虚拟三维笔道。虚拟绘制中,艺术家通过实时触觉与视觉反馈,“有意”控制虚拟绘制行为,创作出满足艺术要求的三维模型表面笔道绘制效果,提高了三维表面绘制过程自由度和真实感。（5）三维触觉交互绘制系统实时性优化研究。为保证虚拟绘制过程中系统的实时性性能,开展了触觉绘制系统实时性优化研究。首先深入分析并给出了触觉绘制中力反馈响应频率的合理设定规则。然后考虑了画笔动态采样时间对绘制系统运行过程实时性性能的影响,通过实时优化虚拟画笔动态采样时间Δt,并集成多线程并行处理技术,有效提高了触觉绘制系统运行时的总体流畅性、实时性。
林康强[5]（2020）在《面向数字建筑的结构形态协同设计研究》文中提出数字化时代背景下结构形态设计越趋复杂化,建筑师无论是用力学原理进行优化形态还是运用力学知识塑造造型设计,都常会陷入建筑与结构两个层面的沟通和合作问题。把这些问题放在设计层面上分析,会回归到问题的核心:形式与力学的关系能否找到合适平衡点。一方面是数字技术带来的形式自由与结构理性的矛盾,另一方面是数字设计一体化与传统建筑结构学科分离的矛盾,这两个矛盾加剧了“形”与“力”的矛盾。面对矛盾,本文站在系统科学的角度并且回归数字建筑设计的方法和思维,揭示“形”与“力”特征规律并建构起“形”与“力”数字化协同关系,这是当前数字建筑领域具有重要意义的研究课题。本文将国际上对数字化建筑与结构设计整合的理论进行运用、吸收和再创造,并且结合国内数字化建筑的发展及相关理论研究,运用参数化设计等主要研究方法,建构起面向数字建筑的结构形态协同设计理论,从而指导数字建筑中结构形态设计和实践。本研究围绕数字建筑设计范畴,站在建筑师视角对进行“形”与“力”的剖析,从结构形态学出发分别对“形”与“力”进行了新的认识,并且归纳总结出“形”与“力”的复杂化、生态化、数字化特点。在此基础上发现“形”与“力”的缺失问题和协同的现实意义,提出面向数字建筑的结构形态协同设计理论。本研究从协同的理论基础、协同的根本、协同的实质、协同的理想目标、技术路径、实现途径、内容框架等方面进行认识论层面的理论建构,并提出参数化的结构形态协同设计新方法。文本主要从以下几个方面进行论述:第一部分是课题的提出:数字建筑背景下结构形态设计存在着形式自由与结构理性的矛盾以及设计一体化与建筑结构学科分离的矛盾,同时面临着发展机遇和挑战,在这样的背景下引出研究主题和对象,并且介绍了研究的目的和意义,以及研究综述、研究方法、创新点以及研究框架。第二部分是数字建筑中结构形态“形”与“力”剖析:从结构形态学出发,深入剖析“形”与“力”的内涵和拓展数字建筑层面的意义,指出影响数字建筑中结构形态设计的重要因素——设计秩序的复杂性演变、结构理念的生态性溯源、数字手段的创新性变革,析出“形”与“力”的复杂化、生态化、数字化特点和两者的联系性,为下一部分的理论建构提供依据和指导。第三部分是理论的建构:在上述分析基础上发现“形”与“力”协同的缺失问题以及协调的现实意义,结合相关理论基础提出“面向数字建筑的结构形态协同设计理念”,并从协同理念的理想目标（高效性、适应性、动态性的统一）和内涵进行全面的理念诠释,包括协同的基础（客观物理世界的结构合理性）、协同的实质（形式与力学性能的物质规则统一）、协同技术路线（“形”与“力”的关联分析——“形”与“力”的数字建构——“形”与“力”的数字调度）、实现途径（基于结构原型的结构形态生成、基于结构仿生的结构形态生成、基于拓扑优化的结构形态生成）、设计框架。该部分将理论的分析视角转向指导应用实践的理论建构。第四部分主要是方法应用部分:在第四、五、六章,分别从基于结构原型的结构形态生成、基于结构仿生的结构形态生成、基于拓扑优化的结构形态生成三个方面,以“形”与“力”的关联分析——“形”与“力”的数字建构——“形”与“力”的数字调度作为技术路径,研究并提出较为具体的“形”与“力”协同设计方法,该部分也成为了本文的重要内容。最后在结论部分对全文进行了概括,总结了研究成果并指出研究的不足,同时也对未来建筑中结构形态的“形”与“力”协同设计进行了展望。
李娇娇[6]（2020）在《牙龈软组织形变三维仿真研究》文中研究表明虚拟手术仿真系统是虚拟现实技术在医学方面的一个重要的应用,对于医生进行手术前的练习以及手术规划等具有重要意义。虚拟手术利用计算机构建虚拟手术场景,并利用人机交互实现手术过程。虚拟牙齿矫正系统是虚拟手术仿真系统的典型应用,牙龈软组织的形变仿真和建模又是虚拟牙齿矫正系统的重要部分。因此,本课题围绕虚拟牙齿矫正系统中牙龈软组织的形变仿真,进行了相关研究,主要研究内容和创新点如下:（1）针对现有的三角网格质量度量方法大多是基于单个三角形来进行度量,对于三角网格曲面的光顺质量度量,仅从视觉效果上判断,难以通过数值进行精确衡量的问题,本课题设计了一种光滑度度量方法来度量三角网格曲面的光顺质量。通过实验,验证了这种光滑度度量算法度量三角网格曲面光顺质量的准确性,其结果与人眼视觉评价效果一致。该度量方法为后续牙龈软组织形变仿真效果评价提供了依据。（2）针对传统质点弹簧模型模拟牙龈软组织形变时,外力过大引起的牙龈脱落牙齿的超弹性问题,提出一种基于阈值约束的改进质点弹簧模型。在传统面模型的基础上,通过对比形变效果和形变速度来设置形变弹簧最优阈值。当形变弹簧缩短或伸长超过阈值时,将弹簧长度恢复为原始长度以作为下一次单步形变的初始长度,从而使面模型具有一种体的特征。形变仿真实验,将改进模型应用在虚拟牙齿矫正系统中牙龈软组织的形变仿真上。结果表明,改进模型形变速度提高28%以上且光滑度之和明显降低,说明改进模型在保证较快形变速度的前提下,较好地解决了超弹性问题,提高了形变仿真的精度,较真实地模拟了牙龈软组织的形变过程。（3）在牙龈三角网格中普遍存在狭长三角网格区域,针对基于面积判定的自适应细分算法处理该类区域的质量较低的问题,构建了一种基于顶点光滑度判定的牙龈三角网格自适应细分改进算法。采用顶点光滑度作为细分判定准则,在细分前从整体上一次性对顶点1-领域区域光滑度进行计算。通过比较顶点的顶点光滑度与光滑阈值的大小,确定细分区域,并进行Loop细分。设计了平均光滑度指标来评价细分效果,这种方法综合考虑了细分后网格顶点个数对判断细分网格质量的影响,因而可以合理的评价细分算法的性能。细分实验,将改进的自适应细分算法应用在牙龈形变区域的三角网格细分上。结果表明,改进的自适应细分算法细分时间占比平均约节约了4.12%,细分后三角网格更加规则、分布更加均匀,曲面光顺质量更好。
彭幸玲[7]（2020）在《电动汽车车身曲面造型设计方法研究》文中指出电动汽车符合人们对绿色生活方式的期望,是未来交通工具发展的趋势。但目前由于配套设施不完善、续航距离短等问题,其发展又受到了严重的制约。车身造型是汽车最显着的标志之一,加快发展电动汽车车身曲面造型水平,一方面能够降低风阻提高能源利用率从而提高电动汽车续航里程;另一方面可以提升我国的车身造型设计水平,为实现电动汽车的可持续发展目标提供良好的市场环境和技术支持。汽车造型已进入三维几何建模时代。但与国外相比,我国在应用现代技术进行车身曲面造型数模设计等方面还不够成熟。由于CATIA等三维造型软件功能的日趋强大,对车身曲面数模的质量要求越来越高。在电动汽车开发过程中,加强对车身曲面的造型方法及光顺的研究显得尤为必要。首先,从宏观角度研究汽车车身造型的演变历程并分析各车身造型的优缺点。在此基础上对电动汽车造型设计的发展进行研究,分析出电动车身造型的特点,并突出电动汽车造型在前脸、布局等方面与传统汽车的区别,总结出电动汽车车身造型设计的影响因素。其次,本文对支撑计算机辅助造型的主导车身表面设计的曲线曲面理论进行研究,系统阐述基于草图跟踪的车身数字化建模流程。结合A级曲面的要求及车身曲面建模机理,重点研究利用CATIA软件构建曲面的方法。并依托CATIA V5软件对某品牌电动车身进行三维建模实践。再次,本文研究了曲面的连续性,总结了车身曲面光顺性评价方法,并利用CATIA软件对电动车身数模进行曲面质量检验与光顺性优化。最后,对CFD理论基础及数值模拟步骤进行介绍,以此为基础,利用FLUENT软件对本文建立的电动汽车数字模型进行了外流场数值模拟,对模拟仿真结果进行分析,并对车身前脸局部曲面进行气动优化设计。最后进行了车身渲染。通过上述车身曲面造型设计方法的应用实践,构造出光顺性符合要求的电动汽车车身数字化模型,证实了曲面造型方法的有效性。后期进一步结合气动性能优化车身曲面造型设计,为电动车身自主开发和创新设计打下一定的基础。
毛小红[8]（2020）在《过测地线网的曲面优化设计》文中指出本文主要研究了过测地线网的多项式Bézier曲面和拟Coons插值曲面优化设计.在过围绕一点测地线网的曲面设计中,根据曲线网成为一般曲面上测地线网的三类约束条件（副法矢约束、相交测地线约束和顶点围绕约束）.给出了组合双三次多项式Bézier曲面插值该曲线网为曲面上测地线网的分步构造优化设计方法.即插值曲面控制顶点分两步确定:第一步由测地线插值条件确定曲面公共边界和邻接公共边界的控制顶点,第二步由极小化曲面薄板样条能量泛函得到曲面其他控制顶点.同时本文还给出了插值曲面的拟Coons优化设计方法,并对两种方法构造的曲面进行对比.实验结果表明了两种方法的有效性.在过任意拓扑结构测地线网的曲面设计中,首先分析了满足插值曲面存在性约束条件的对Bézier曲线网最低次数要求,为五次.分析了插值曲面存在性条件对五次Bézier曲线网控制顶点的具体约束.在此基础之上,优化设计组合双七次Bézier曲面插值该曲线网为曲面上测地线网,插值曲面的顶点均可显示计算得到.同时也给出过该测地线网的拟Coons插值曲面构造方法,所构造的曲面也为双七次.最后给出了实例.本文提出了两种过测地线网的曲面构造方法:基于分步策略的曲面优化设计方法和拟Coons曲面优化设计方法.基于分步策略构造曲面使得曲面控制顶点可以分块线性计算得出,符合测地线的局部性质,同时结合优化方法,使得曲面具有最优性质,有较好的物理性能和形状易控制,方便交互操作等特点.拟Coons插值曲面构造方法简单直观易理解.但曲面形状由测地线插值条件完全确定,生成的曲面形状较难控制,交互操作不方便.优化方法的使用在一定程度上弥补了该方法的固有缺陷.
王博[9]（2020）在《汽车车身造型与风阻特性优化研究》文中认为随着能源危机逐渐加剧和石油价格的不断攀升,汽车行驶的经济性已成为人们购买汽车所关心的重要因素,而汽车的风阻则是影响行驶能耗的关键指标,其大小与汽车的造型参数具有密切关系。因此,在汽车的造型设计中,如何通过修改汽车造型来改善汽车的风阻性能,就成为汽车造型设计研究中的重要课题。本文基于计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）数值模拟思想,提出了一种将车身造型参数与CFD相结合,通过改变造型参数来改善风阻性能的方法。论文的主要研究内容如下:（1）利用Grasshopper建立了一套通用的3厢轿车车身造型参数化模型,通过改变相关参数实现车身造型的变化,为CFD模拟时不同车型的建模提供了有效手段。（2）以NURBS曲面理论为基础,研究了车型外形曲面的参数化设计问题,通过过渡曲面不同的曲率变化,得到不同的车辆模型,并形成参数化的曲面拼接造型风格调整方法。（3）采用Gambit软件进行模型的前处理、Fluent软件进行数值模拟的方法,对车身外流场气动特性进行了数值模拟,分别从车身表面压力云图和速度矢量图等方面分析了汽车模型的空气动力学特性,为以气动性能优化为目标的汽车造型参数选取提供了依据。（4）根据数值模拟筛选出了三个影响汽车风阻的关键造型参数,设计了三因素三水平的正交试验,得到了 27种不同车型并进行了 CFD数值模拟,以风阻系数为优化目标,得到最佳参数的车身模型。再次对最佳参数的车身模型进行数值模拟,结果表明优化后的车型风阻系数有明显降低,验证了设计方法的有效性。研究表明,本文提出的将车身造型参数与CFD相结合,通过改变造型参数来改善风阻性能的方法是可行的,通过车身造型参数的优化,可有效改善汽车的风阻特性。
范思敏[10]（2020）在《球头铣刀铣削表面形貌仿真与试验研究》文中指出表面形貌特征作为表面质量的一个重要方面,对零件的使用性能有着重要的影响,同时,随着不规则曲面在工业产品中的占比越来越高,零件表面形貌形成过程的建模与仿真备受重视。在多轴数控技术和高速切削技术等的支持下,通过球头铣刀精密铣削直接达到零件的最终加工要求已经成为可能,在这种情况下进行球头铣刀铣削表面形貌的建模与仿真,对实际加工中切削参数的选择和优化等具有积极的现实意义。论文从球头铣刀铣削表面形貌形成机理出发,利用齐次坐标矩阵变换原理构建切削过程中刀齿切削点与工件相对位置关系的数学表达式,在此基础上基于Z-MAP法建立球头铣刀铣削加工表面形貌的仿真模型。该模型不仅能实现平面类零件表面形貌的仿真,还可以利用NURBS曲面插值的方法,结合CAM刀具路径规划和刀位点检索算法,实现切削时间与刀位点位置的匹配,解决复杂曲面难以对刀具运动轨迹进行时域描述的问题,进而实现自由曲面类零件表面形貌的仿真。模型中不但能够综合考虑主轴转速、进给速度、刀具参数、刀轴倾角及刀具偏心的影响,还能反映曲面的形状特征及曲率变化对表面质量的影响,可以更好地完成球头铣刀加工表面形貌的准确预测。在此基础上,基于所开发的仿真系统进行单因素和多因素仿真分析,找出了行距、每齿进给量、刀具半径和刀轴倾角等参数变化对球头铣刀铣削表面形貌和粗糙度的影响规律,并建立了粗糙度回归模型,为实际加工中参数的选择提供依据。最后,选用球头铣刀在航空铝合金试件上进行球面和正弦曲面的验证性铣削试验,仿真与试验结果的对比表明该仿真模型是有效的。
二、基于物理的自由曲面造型技术的现状与展望（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、基于物理的自由曲面造型技术的现状与展望（论文提纲范文）
（1）基于逆向工程的仿生座具设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 选题背景 |
| 1.2 选题目的和意义 |
| 1.2.1 选题目的 |
| 1.2.2 选题意义 |
| 1.3 课题研究现状 |
| 1.3.1 家具仿生设计的研究现状 |
| 1.3.2 逆向工程技术的研究现状 |
| 1.4 研究内容和研究框架 |
| 1.4.1 研究内容 |
| 1.4.2 研究框架 |
| 1.5 研究方法 |
| 1.5.1 文献研究法 |
| 1.5.2 案例分析法 |
| 1.5.3 工程实践法 |
| 1.5.4 计算机辅助设计法 |
| 2 逆向工程在仿生领域的应用 |
| 2.1 逆向工程简介 |
| 2.1.1 逆向工程技术 |
| 2.2 逆向工程与仿生设计 |
| 2.2.1 逆向工程与形态仿生 |
| 2.2.2 逆向工程与结构仿生 |
| 2.2.3 逆向工程与功能仿生 |
| 2.3 逆向工程应用于座具仿生设计中的优势 |
| 2.3.1 辅助生物形态定量分析 |
| 2.3.2 快速构建理想座具模型 |
| 2.3.3 实现座具快速成型 |
| 2.4 基于逆向工程的仿生座具设计实现方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 生物特征的逆向采集与处理 |
| 3.1 生物原型与座具间的匹配映射关系 |
| 3.2 生物原型特征分析——以马蹄莲为例 |
| 3.2.1 马蹄莲形态特征分析 |
| 3.2.2 马蹄莲肌理特征分析 |
| 3.2.3 马蹄莲设计语义分析 |
| 3.3 马蹄莲形态三维数据采集 |
| 3.3.1 数据采集设备和软件平台 |
| 3.4 设备参数设定及采集前处理 |
| 3.4.1 设备参数制定 |
| 3.4.2 采集前处理 |
| 3.5 马蹄莲形态数字化 |
| 3.6 马蹄莲三维特征数据处理 |
| 3.6.1 数据前处理 |
| 3.6.2 点云特征优化 |
| 3.6.3 点云特征精简 |
| 3.7 马蹄莲三维模型重构 |
| 3.7.1 重构思路 |
| 3.7.2 模型重构 |
| 3.8 马蹄莲特征提取与可编辑化 |
| 3.8.1 曲面特征的提取与可编辑 |
| 3.8.2 特征线提取与追加设计 |
| 3.9 本章小结 |
| 4 仿生座具设计方案推导与实践 |
| 4.1 座具的特征 |
| 4.2 仿生座具的设计原则 |
| 4.2.1 造型灵活性 |
| 4.2.2 结构稳定性 |
| 4.2.3 材料可塑性 |
| 4.2.4 环保轻量化 |
| 4.3 可编辑模型的方案推导 |
| 4.3.1 初始模型的产品化尺寸匹配 |
| 4.3.2 Nubrs转换T样条曲面 |
| 4.3.3 产品定位 |
| 4.3.4 功能和尺寸 |
| 4.3.5 设计方案推导 |
| 4.4 马蹄莲仿生座具方案可视化 |
| 4.4.1 方案一 |
| 4.4.2 方案二 |
| 4.4.3 方案三 |
| 4.5 产品落地性研究与工艺设计 |
| 4.5.1 材料设计 |
| 4.5.2 色彩设计 |
| 4.5.3 表面处理 |
| 4.5.4 成型工艺 |
| 4.5.5 工艺流程 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 方案评估与模型制作 |
| 5.1 模糊综合评价 |
| 5.1.1 建立评价指标体系 |
| 5.1.2 仿生座具的模糊评价结果分析 |
| 5.2 方案细化 |
| 5.3 模型制作 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 A 问卷调查 |
| 附录 B 攻读学位期间的主要学术成果 |
| 致谢 |
（2）CNSBS曲面拼接方法的设计与实现（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| abstract |
| 第一章 引言 |
| 一、曲面拼接技术的研究背景及现状 |
| (一)研究背景 |
| (二)研究现状 |
| 二、论文的选题意义 |
| 三、论文结构安排 |
| 第二章 B样条曲线曲面的构建 |
| 一、B样条简介 |
| 二、B样条曲线 |
| (一)B样条曲线定义 |
| (二)B样条曲线性质 |
| (三)均匀B样条曲线 |
| 三、B样条曲面 |
| (一)B样条曲面定义 |
| (二)B样条曲面性质 |
| (三)均匀B样条曲面 |
| 四、Coons曲面 |
| (一)双线性Coons曲面 |
| (二)第一类Coons曲面 |
| (三)第二类Coons曲面 |
| 五、NURBS曲面 |
| 六、本章小结 |
| 第三章 曲面拼接算法的理论基础 |
| 一、曲线、曲面连续性条件 |
| (一)参数连续性 |
| (二)几何连续性 |
| 二、曲面光顺 |
| (一)光顺准则 |
| (二)不光顺的原因 |
| (三)光顺处理方法 |
| 三、本章小结 |
| 第四章 CNSBS曲面拼接算法的设计与实现 |
| 一、曲面拼接方法介绍 |
| (一)偏微分方程法 |
| (二)能量优化法 |
| (三)蒙皮构造法 |
| (四)结式消元法 |
| (五)N-1 条边法 |
| 二、CNSBS曲面拼接算法的设计与实现 |
| (一)CNSBS曲面 |
| (二)设计流程 |
| (三)算法改进 |
| (四)实现过程 |
| 三、本章小结 |
| 第五章 结论 |
| 一、本文所做的工作和创新点 |
| 二、展望 |
| 参考文献 |
| 个人简历及在学期间的研究成果和发表的学术论文 |
| 致谢 |
（3）自由曲面单层空间网格结构形态与网格优化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 结构形态创建及优化研究现状 |
| 1.2.1 无意识的早期形态探索 |
| 1.2.2 物理模型试验法 |
| 1.2.3 基于数值优化方法的形态确定 |
| 1.3 自由曲面结构网格划分研究现状 |
| 1.3.1 间接网格生成技术 |
| 1.3.2 直接网格生成技术 |
| 1.4 三维建模与处理软件 |
| 1.5 本文研究工作 |
| 第二章 自由曲面造型基础理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 B样条基函数定义及性质 |
| 2.3 非均匀有理B样条曲线 |
| 2.4 非均匀有理B样条曲面 |
| 2.5 曲面映射 |
| 2.6 曲线与曲面曲率 |
| 2.6.1 主曲率 |
| 2.6.2 高斯曲率 |
| 2.6.3 平均曲率 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 考虑结构缺陷敏感性的单层空间网格结构形态优化 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 考虑缺陷敏感性的单层空间网格结构形态优化方法 |
| 3.2.1 优化方法 |
| 3.2.2 优化平台 |
| 3.2.3 缺陷敏感性定义 |
| 3.3 经典球壳的形态改善 |
| 3.3.1 传统优化方法结果 |
| 3.3.2 改进方法优化结果 |
| 3.4 方形空间网格形态优化 |
| 3.4.1 Hyper Works优化结果 |
| 3.4.2 MATLAB优化结果 |
| 3.5 自由曲面单层空间网格结构形态优化 |
| 3.5.1 Hyper Works优化结果 |
| 3.5.2 MATLAB优化结果 |
| 3.6 结构冗余特性评价 |
| 3.6.1 结构整体冗余度 |
| 3.6.2 构件冗余度 |
| 3.6.3 构件冗余度分析验证 |
| 3.6.4 网格结构冗余特性评价 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 考虑节点刚度的单层空间网格结构形状优化 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 节点刚度获取 |
| 4.2.1 节点构造 |
| 4.2.2 中心环-套筒节点力学性能分析 |
| 4.3 装配式空间网格整体模型建立 |
| 4.3.1 引入虚拟弹簧 |
| 4.3.2 计算弹簧刚度 |
| 4.3.3 装配式单层网格结构有限元模型建立及验证 |
| 4.3.4 装配式单层空间网格结构模型的参数化实现 |
| 4.4 装配式单层空间网格结构的形态优化 |
| 4.4.1 优化参数设置 |
| 4.4.2 形状优化的可行性验证 |
| 4.4.3 不同刚度系数下形状优化的实现算例一 |
| 4.4.4 不同刚度系数下形状优化算例二 |
| 4.5 考虑节点刚度和缺陷敏感性影响的空间网格结构形态优化 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 基于杆件自适应法的自由曲面网格生成与优化 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 算法基本原理 |
| 5.2.1 收敛目标 |
| 5.2.2 目标杆件的选取原则 |
| 5.3 算法具体实现过程 |
| 5.4 网格品质评价 |
| 5.4.1 杆件长度标准 |
| 5.4.2 网格形状品质 |
| 5.5 算例分析 |
| 5.5.1 平面图形算例 |
| 5.5.2 典型球壳算例 |
| 5.5.3 自由曲面空间网格结构算例 |
| 5.6 网格奇异点 |
| 5.7 算法改善 |
| 5.7.1 映射关系的改善 |
| 5.7.2 边界处理 |
| 5.8 网格调控 |
| 5.8.1 固定点设置 |
| 5.8.2 固定边设置 |
| 5.8.3 网格大小调控 |
| 5.8.4 曲率调整 |
| 5.8.5 奇异点设置 |
| 5.9 杆件几何绕率问题 |
| 5.9.1 几何绕率定义 |
| 5.9.2 几何绕率优化 |
| 5.9.3 几何绕率优化算例 |
| 5.9.4 参数化实现 |
| 5.10 本章小结 |
| 第六章 基于库仑定律的自由曲面网格生成 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 粒子自动配置算法 |
| 6.2.1 库仑定律 |
| 6.2.2 电场强度 |
| 6.3 算法运行机制 |
| 6.3.1 粒子运动驱动力 |
| 6.3.2 等效电场场强 |
| 6.3.3 粒子坐标的更新 |
| 6.3.4 算法实现过程 |
| 6.3.5 收敛准则 |
| 6.4 自由曲面三角网格生成 |
| 6.4.1 初始布点 |
| 6.4.2 基于参数域映射的网格生成 |
| 6.4.3 施加曲面吸引力的网格直接生成 |
| 6.4.4 特殊曲面网格生成 |
| 6.5 基于渐进法的网格生成 |
| 6.5.1 基于初始点的渐进网格生成原理 |
| 6.5.2 基于初始基线的渐进网格生成原理 |
| 6.6 网格品质评价 |
| 6.7 网格走向调整 |
| 6.8 网格大小调控 |
| 6.9 基于初始点的渐进网格生成算例 |
| 6.9.1 力学性能对比 |
| 6.9.2 水滴形曲面网格生成 |
| 6.10 基于初始基线的渐进网格生成算例 |
| 6.10.1 算例一 |
| 6.10.2 算例二 |
| 6.10.3 算例三 |
| 6.11 本章小结 |
| 第七章 考虑力学性能的自由曲面网格生成与优化 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 基于应变能梯度的网格优化 |
| 7.2.1 应变能梯度及节点调整策略 |
| 7.2.2 应变能梯度的推导 |
| 7.2.3 常规解析曲面网格调整 |
| 7.2.4 网格光顺处理 |
| 7.2.5 自由曲面空间网格结构网格调整 |
| 7.3 基于库仑定律的考虑力学性能的网格大小调控 |
| 7.4 基于结构主应力迹线的网格生成 |
| 7.4.1 主应力迹线 |
| 7.4.2 拟弹簧法 |
| 7.4.3 单点集中荷载下网格生成 |
| 7.4.4 整体均布荷载下网格生成 |
| 7.5 本章小结 |
| 第八章 结论与展望 |
| 8.1 主要结论 |
| 8.2 主要创新点 |
| 8.3 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间主要科研成果 |
| 致谢 |
（4）3D画笔建模及虚拟触觉绘制过程控制方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.2 国内外相关研究现状 |
| 1.2.1 虚拟画笔建模技术研究现状 |
| 1.2.2 虚拟绘制及控制技术研究现状 |
| 1.2.2.1 二维笔道绘制过程控制及仿真方法研究现状 |
| 1.2.2.2 虚拟三维绘制及控制技术研究现状 |
| 1.2.2.3 特殊笔道绘制效果控制技术研究现状 |
| 1.2.3 力觉反馈技术研究现状 |
| 1.2.4 碰撞检测技术研究现状 |
| 1.3 课题来源与论文主要研究内容 |
| 1.3.1 课题来源 |
| 1.3.2 本论文主要研究内容 |
| 2 基于变刚度的虚拟3D画笔力反馈仿真模型 |
| 2.1 画笔的基本结构与绘制过程绘制行为分析 |
| 2.2 虚拟3D画笔几何模型构建 |
| 2.3 虚拟3D画笔变刚度弯曲力学模型构建 |
| 2.3.1 画笔骨架弯曲变形的基本方程 |
| 2.3.2 弯曲骨架的弹塑性弯曲分析 |
| 2.3.3 力反馈仿真分析 |
| 2.3.4 画笔轮廓控制截面扁曲变形 |
| 2.4 基于骨架驱动的虚拟3D画笔网格表面变形算法 |
| 2.4.1 网格变形骨架均值子空间算法步骤 |
| 2.4.2 骨架子空间模型的改进 |
| 2.4.3 变形能量约束函数 |
| 2.5 虚拟3D画笔画笔笔头分叉建模 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 虚拟触觉二维笔道绘制过程控制方法研究 |
| 3.1 虚拟二维笔道触觉绘制及控制方法 |
| 3.2 触觉绘制中特殊笔道绘制效果生成控制方法 |
| 3.2.1 触觉绘制中笔道颜色建模及控制 |
| 3.2.1.1 笔道颜色建模研究基础 |
| 3.2.1.2 KM颜料光学模型基本微分方程 |
| 3.2.1.3 笔道中单一颜料颜色绘制效果控制 |
| 3.2.1.4 笔道中多种颜料混合绘制效果控制 |
| 3.2.1.5 笔道中多层颜料叠加绘制效果控制 |
| 3.2.1.6 笔道颜色存储方法 |
| 3.2.2 触觉绘制中“水墨传输、扩散”效果建模及控制 |
| 3.2.2.1 宣纸建模 |
| 3.2.2.2 笔道初始区和扩散区分析 |
| 3.2.2.3 触觉绘制中画笔与宣纸表面间的水墨颜料传输过程控制 |
| 3.2.2.4 宣纸表面水粒子扩散过程控制 |
| 3.2.2.5 宣纸表面颜料粒子扩散过程控制 |
| 3.2.2.6 画笔笔头上颜料扩散过程控制 |
| 3.2.2.7 虚拟绘制中蒸发过程控制 |
| 3.2.2.8 颜料粒子在宣纸纤维中沉积过程控制 |
| 3.3 二维触觉绘制实验 |
| 3.3.1 虚拟二维笔道效果控制仿真实验 |
| 3.3.2 特殊笔道绘制效果控制仿真实验 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 虚拟三维笔道触觉绘制控制技术 |
| 4.1 虚拟油泥造型技术 |
| 4.1.1 虚拟油泥造型方法 |
| 4.1.2 基于压缩体素形式的虚拟油泥模型表面信息提取与存储 |
| 4.2 虚拟画笔与虚拟三维物体之间的碰撞检测算法及接触力模拟 |
| 4.3 虚拟触觉绘制过程三维笔道的生成 |
| 4.3.1 最小包围球与投影平面的建立 |
| 4.3.2 虚拟三维绘制笔道生成算法 |
| 4.4 三维触觉绘制实验 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 虚拟触觉绘制系统运行实时性优化研究 |
| 5.1 触觉绘制过程力反馈响应频率的确定 |
| 5.2 虚拟画笔动态采样时间优化 |
| 5.3 触觉绘制过程并行处理技术 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 虚拟三维物体表面触觉绘制原型系统实现 |
| 6.1 虚拟触觉绘制系统开发平台 |
| 6.2 触觉交互设备工作原理 |
| 6.2.1 力反馈交互设备 |
| 6.2.2 三维鼠标设备 |
| 6.3 虚拟触觉绘制系统工作流程与运行界面 |
| 6.3.1 虚拟触觉绘制系统主要工作流程 |
| 6.3.2 虚拟触觉绘制系统三维渲染的openinventor场景图 |
| 6.3.3 虚拟触觉绘制系统主要运行界面效果 |
| 6.4 虚拟触觉三维绘制过程综合仿真实验 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 读博期间的科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（5）面向数字建筑的结构形态协同设计研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 数字建筑的设计困境 |
| 1.1.2 数字化时代下结构形态设计的发展机遇与挑战 |
| 1.2 课题的提出与研究对象的界定 |
| 1.2.1 课题的提出 |
| 1.2.2 相关概念诠释 |
| 1.2.3 研究对象的界定 |
| 1.3 研究目的和意义 |
| 1.3.1 研究目的 |
| 1.3.2 研究意义 |
| 1.4 研究综述 |
| 1.4.1 数字建筑相关研究 |
| 1.4.2 结构形态相关研究 |
| 1.4.3 协同学相关研究 |
| 1.5 研究方法 |
| 1.6 创新点 |
| 1.7 研究框架 |
| 第二章 数字建筑中结构形态的“形”与“力”剖析 |
| 2.1 结构形态学中“形”与“力”的认识 |
| 2.1.1 结构形态学的“形”与“力”关系 |
| 2.1.2 “形”的认识 |
| 2.1.3 “力”的认识 |
| 2.2 影响数字建筑的结构形态设计的重要因素 |
| 2.2.1 设计秩序的复杂性演变 |
| 2.2.2 结构理念的生态性溯源 |
| 2.2.3 数字手段的创新性变革 |
| 2.3 “形”与“力”的特点剖析 |
| 2.3.1 复杂化 |
| 2.3.2 生态化 |
| 2.3.3 数字化 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 面向数字建筑的结构形态协同设计理论建构 |
| 3.1 协同理论提出 |
| 3.1.1 “形”与“力”协同的缺失 |
| 3.1.2 “形”与“力”协同的现实意义 |
| 3.1.3 数字建筑的参数化设计语境 |
| 3.2 协同的理论基础 |
| 3.2.1 复杂系统——整体性视角下的整合 |
| 3.2.2 协同学——协同效应的涌现 |
| 3.2.3 复杂性科学——设计的复杂性思维 |
| 3.2.4 结构形态学——建筑与结构结合的基本立场 |
| 3.2.5 建筑美学——理性认知的感性评价 |
| 3.2.6 参数化设计——数字协同的技术手段 |
| 3.3 协同的根本——客观物理世界的结构合理性 |
| 3.4 协同的实质——形式与力学性能的数学规则统一 |
| 3.5 协同的理想目标 |
| 3.5.1 高效性 |
| 3.5.2 适应性 |
| 3.5.3 动态性 |
| 3.6 协同的技术路径 |
| 3.6.1 “形”与“力”的关联分析 |
| 3.6.2 “形”与“力”的数字建构 |
| 3.6.3 “形”与“力”的数字调度 |
| 3.7 协同的实现途径 |
| 3.7.1 基于结构原型的结构形态生成 |
| 3.7.2 基于结构仿生的结构形态生成 |
| 3.7.3 基于拓扑优化的结构形态生成 |
| 3.8 协同的内容框架 |
| 3.9 本章小结 |
| 第四章 基于结构原型的结构形态生成 |
| 4.1 基于结构原型的“形”与“力”的关联分析 |
| 4.1.1 参数化的结构原型 |
| 4.1.2 力学机制分析:应力分布与力流方向 |
| 4.2 基于结构原型的“形”与“力”的数字建构 |
| 4.2.1 回应应力分布 |
| 4.2.2 回应力流方向 |
| 4.3 基于结构原型的“形”与“力”的数字调度 |
| 4.3.1 结构敏感参数 |
| 4.3.2 模式调度 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于结构仿生的结构形态生成 |
| 5.1 基于结构仿生的“形”与“力”的关联分析 |
| 5.1.1 自然的涌现现象 |
| 5.1.2 结构形态的层次性逻辑 |
| 5.1.3 层次中的仿生建构 |
| 5.2 基于结构仿生的“形”与“力”的数字建构 |
| 5.2.1 构建几何性图解的仿生思维 |
| 5.2.2 构建几何镶嵌的参数化关联系统 |
| 5.2.3 构建仿生的镶嵌结构网格 |
| 5.3 基于结构仿生的“形”与“力”的数字调度 |
| 5.3.1 涌现中对构成单元的调度 |
| 5.3.2 涌现中对仿生尺度的调度 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 基于拓扑优化的结构形态生成 |
| 6.1 基于拓扑优化的“形”与“力”的关联分析 |
| 6.1.1 拓扑优化生形的数学模型 |
| 6.1.2 拓扑优化生形方法及流程 |
| 6.1.3 基于拓扑优化的结构形态的多样性探讨 |
| 6.2 基于拓扑优化的“形”与“力”的数字建构 |
| 6.2.1 面状结构形态的数字建构 |
| 6.2.2 体状结构形态的数字建构 |
| 6.3 基于拓扑优化的“形”与“力”的数字调度 |
| 6.3.1 留“空”的调度 |
| 6.3.2 以球壳结构形态创作为例的调度 |
| 6.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 附件 |
（6）牙龈软组织形变三维仿真研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 软组织形变仿真研究现状 |
| 1.2.2 网格光滑细分研究现状 |
| 1.3 主要研究内容 |
| 1.4 论文章节安排 |
| 2 基于光滑度的三角网格质量评价方法 |
| 2.1 网格质量度量方法 |
| 2.2 基于光滑度的网格光顺质量度量 |
| 2.3 实验验证 |
| 2.3.1 实验环境 |
| 2.3.2 不同精度模型光滑度分析 |
| 2.3.3 不同光滑度模型光滑度分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于阈值约束的牙龈软组织形变仿真 |
| 3.1 质点弹簧模型分析 |
| 3.2 基于阈值约束改进模型 |
| 3.2.1 改进模型的提出 |
| 3.2.2 形变仿真算法 |
| 3.3 形变仿真实验分析 |
| 3.3.1 实验环境 |
| 3.3.2 实验数据 |
| 3.3.3 数值度量结果分析 |
| 3.3.4 视觉效果分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 基于顶点光滑度判定的牙龈三角网格自适应细分 |
| 4.1 经典细分算法 |
| 4.1.1 Loop细分 |
| 4.1.2 Butterfly细分 |
| 4.1.3 Sqrt3细分 |
| 4.2 自适应细分区域判定方法 |
| 4.3 细分判定改进 |
| 4.3.1 顶点光滑度判定 |
| 4.3.2 改进细分算法 |
| 4.4 细分实验分析 |
| 4.4.1 实验环境 |
| 4.4.2 实验数据 |
| 4.4.3 数值度量结果分析 |
| 4.4.4 视觉效果分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 牙龈软组织形变仿真系统 |
| 5.1 系统框架设计 |
| 5.2 系统界面设计 |
| 5.2.1 系统主界面设计 |
| 5.2.2 形变效果实体模型展示设计 |
| 5.2.3 形变效果线框模型展示设计 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
（7）电动汽车车身曲面造型设计方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外车身曲面造型的研究现状 |
| 1.2.2 国内车身曲面造型的研究现状 |
| 1.3研究内容 |
| 1.4 结构安排 |
| 1.5 本章小结 |
| 第2章 电动汽车车身造型的发展特点及影响因素 |
| 2.1 汽车车身造型的演变 |
| 2.2 电动汽车造型设计的发展 |
| 2.3 电动汽车车身造型特点及设计因素 |
| 2.3.1 电动汽车车身造型特点 |
| 2.3.2 电动汽车车身造型设计的影响因素 |
| 2.4 本章小节 |
| 第3章 基于数字化的电动汽车车身造型设计 |
| 3.1 计算机辅助几何设计理论 |
| 3.1.1 Bezier曲线曲面理论 |
| 3.1.2 B样条曲线曲面理论 |
| 3.1.3 NURBS曲线曲面理论 |
| 3.2 现代汽车数字化的造型设计方法 |
| 3.2.1 CAX技术形成的汽车造型方法 |
| 3.2.2 CFD流谱分析技术 |
| 3.2.3 快速成型与虚拟现实技术 |
| 3.3 现代汽车数字化造型设计的基本流程 |
| 3.3.1 市场调查和市场定位分析 |
| 3.3.2 概念阶段 |
| 3.3.3 设计阶段 |
| 3.3.4 交互评审阶段 |
| 3.4 A级曲面及车身曲面建模机理 |
| 3.4.1 A级曲面的定义和建立要求 |
| 3.4.2 车身曲面建模机理 |
| 3.5 基于CATIA的某电动车身三维模型的建立 |
| 3.5.1 CATIA中的常用建模方法 |
| 3.5.2 电动车身三维模型的建立 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 电动汽车车身的曲面光顺性评价 |
| 4.1 曲面的连续性 |
| 4.2 A级曲面的质量检查方法 |
| 4.2.1 高光反射的检查 |
| 4.2.2 曲率检查 |
| 4.2.3 控制顶点的检查 |
| 4.3 基于CATIA的电动汽车曲面光顺性评价方法 |
| 4.4 电动车身数模质量检验与优化 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 电动车身气动造型数值仿真及局部优化 |
| 5.1 CFD的理论基础 |
| 5.2 CFD数值模拟的实现步骤 |
| 5.3 电动汽车外流场数值模拟 |
| 5.3.1 电动汽车数值分析基本模型 |
| 5.3.2 计算域大小的确定及网格划分 |
| 5.3.3 边界条件的设定 |
| 5.4 数值仿真结果及分析 |
| 5.5 车身曲面的局部优化 |
| 5.6 最终方案展示 |
| 5.7 本章小结 |
| 第6章 结语 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
（8）过测地线网的曲面优化设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 自由曲面造型技术 |
| 1.2 本课题的研究背景及意义 |
| 1.3 国内外研究现状及发展趋势 |
| 1.4 本文主要工作 |
| 第二章 预备知识 |
| 2.1 曲线曲面及测地线的相关知识 |
| 2.2 Bézier曲线曲面概念及相关性质 |
| 2.3 Coons曲面及其性质 |
| 2.4 曲线曲面的能量泛函 |
| 第三章 过围绕一点测地线网的曲面优化设计 |
| 3.1 过围绕一点测地线网的插值曲面存在性条件 |
| 3.1.1 预备知识 |
| 3.1.2 过围绕一点的三次Bézier测地线网插值曲面存在性条件 |
| 3.2 基于分步策略的过围绕一点测地线网插值曲面构造 |
| 3.3 过围绕一点测地线网的拟Coons插值曲面构造 |
| 3.4 计算实例 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 过任意拓扑结构Bézier测地线网的曲面优化设计 |
| 4.1 过任意拓扑结构Bézier测地线网的插值曲面存在性条件 |
| 4.1.1 过任意拓扑结构Bézier测地线网的次数分析 |
| 4.1.2 过任意拓扑结构的五次Bézier测地线网插值曲面存在性条件 |
| 4.2 基于分步策略的过任意拓扑结构测地线网插值曲面构造 |
| 4.3 过任意拓扑结构测地线网的拟Coons插值曲面构造 |
| 4.4 计算实例 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 总结和展望 |
| 5.1 本文总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
（9）汽车车身造型与风阻特性优化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景及意义 |
| 1.1.1 课题研究的背景 |
| 1.1.2 课题研究的意义 |
| 1.2 国内外相关研究现状 |
| 1.2.1 汽车空气动力学的国内研究现状 |
| 1.2.2 造型曲面设计技术的研究 |
| 1.3 课题主要研究内容与框架 |
| 1.3.1 课题主要研究内容 |
| 1.3.2 论文的组织结构 |
| 1.3.3 论文研究框架 |
| 2 基于Grasshopper的车型参数化设计 |
| 2.1 Grasshopper及其优缺点 |
| 2.1.1 Grasshopper简介 |
| 2.1.2 Grasshopper的优缺点 |
| 2.1.3 Grasshopper的使用方式 |
| 2.2 车身面片划分及参数设定 |
| 2.2.1 车身面片划分 |
| 2.2.2 车身曲面的参数设定 |
| 2.3 汽车造型通用模板的建立 |
| 2.3.1 汽车模型的参数化构建方法 |
| 2.3.2 二级尺寸的参数化建模过程 |
| 2.4 主要研究参数的参数化修改 |
| 2.5 模型原版的grasshopper变形 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 车型外形的曲面设计 |
| 3.1 NURBS曲线曲面概述 |
| 3.1.1 NURBS曲线曲面的定义 |
| 3.1.2 NURBS曲线曲面的性质 |
| 3.2 NURBS曲线曲面的光顺拼接 |
| 3.3 汽车车身的曲面参数化修改 |
| 3.4 曲面参数与曲率变化分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 车身外流场空气动力学特性数值模拟 |
| 4.1 汽车行驶受力模型的简要分析 |
| 4.2 CFD及其在汽车气动性能模拟中的应用 |
| 4.2.1 CFD的基本理论 |
| 4.2.2 常用的CFD软件 |
| 4.2.3 汽车外流场数值模拟的一般流程 |
| 4.3 汽车气动性能模拟的前处理 |
| 4.3.1 计算域的确定 |
| 4.3.2 网格划分 |
| 4.3.3 边界条件的确定 |
| 4.4 汽车气动性能模拟举例 |
| 4.4.1 前处理 |
| 4.4.2 计算结果 |
| 4.5 数值模拟结果分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 汽车造型部分参数的优化 |
| 5.1 降低汽车气动阻力的主要措施 |
| 5.2 正交试验概述 |
| 5.3 汽车风阻系数的正交试验设计 |
| 5.3.1 因素选择 |
| 5.3.2 因素水平选择 |
| 5.3.3 正交试验表的确定 |
| 5.3.4 三因素综合模拟 |
| 5.4 造型参数优化 |
| 5.5 模型验证 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 不足与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间主要研究成果 |
（10）球头铣刀铣削表面形貌仿真与试验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 铣削加工概述 |
| 1.3 铣削加工表面形貌仿真的研究现状 |
| 1.4 论文主要研究内容 |
| 2 球头铣刀铣削的表面形貌仿真 |
| 2.1 铣削加工表面形貌形成机理 |
| 2.2 铣削过程的运动学建模 |
| 2.2.1 球头铣刀几何模型 |
| 2.2.2 参考坐标系的建立 |
| 2.2.3 刀具切削刃运动轨迹方程的建立 |
| 2.3 基于Z-MAP法的表面形貌仿真算法 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 自由曲面的表面形貌仿真 |
| 3.1 自由曲面特征分析 |
| 3.2 基于NURBS重构自由曲面 |
| 3.2.1 利用逆向工程获取曲面几何数据 |
| 3.2.2 NURBS曲面造型方法 |
| 3.3 刀具路径规划和刀位点检索算法 |
| 3.3.1 刀具路径规划方法 |
| 3.3.2 刀位点检索算法 |
| 3.4 自由曲面重构及特征分析实例 |
| 3.5 曲率分布特征值对表面质量的影响 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 表面形貌和粗糙度的仿真分析 |
| 4.1 表面粗糙度评定方法 |
| 4.2 表面形貌和粗糙度的单因素仿真分析 |
| 4.2.1 每齿进给量对表面形貌和粗糙度的影响 |
| 4.2.2 行距对表面形貌和粗糙度的影响 |
| 4.2.3 刀具半径对表面形貌和粗糙度的影响 |
| 4.2.4 刀轴倾角对表面形貌和粗糙度的影响 |
| 4.3 粗糙度的多因素仿真分析 |
| 4.3.1 正交试验安排及仿真结果 |
| 4.3.2 仿真结果的直观分析 |
| 4.3.3 仿真结果的方差分析 |
| 4.3.4 粗糙度影响因素的交互作用分析 |
| 4.3.5 粗糙度预测模型的建立 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 表面形貌仿真系统的试验验证 |
| 5.1 试验设备与说明 |
| 5.2 表面形貌试验方案设计与对比分析 |
| 5.2.1 铣削球面表面形貌试验 |
| 5.2.2 铣削正弦曲面表面形貌试验 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间主要研究成果 |
四、基于物理的自由曲面造型技术的现状与展望（论文参考文献）
- [1]基于逆向工程的仿生座具设计[D]. 刘云. 中南林业科技大学, 2021
- [2]CNSBS曲面拼接方法的设计与实现[D]. 张心慈. 沈阳师范大学, 2021(09)
- [3]自由曲面单层空间网格结构形态与网格优化研究[D]. 刘峰成. 东南大学, 2020
- [4]3D画笔建模及虚拟触觉绘制过程控制方法研究[D]. 黄磊. 大连理工大学, 2020(01)
- [5]面向数字建筑的结构形态协同设计研究[D]. 林康强. 华南理工大学, 2020(01)
- [6]牙龈软组织形变三维仿真研究[D]. 李娇娇. 西安科技大学, 2020(01)
- [7]电动汽车车身曲面造型设计方法研究[D]. 彭幸玲. 扬州大学, 2020(01)
- [8]过测地线网的曲面优化设计[D]. 毛小红. 江西理工大学, 2020(01)
- [9]汽车车身造型与风阻特性优化研究[D]. 王博. 西安理工大学, 2020(01)
- [10]球头铣刀铣削表面形貌仿真与试验研究[D]. 范思敏. 西安理工大学, 2020(01)