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金属板料成形3D虚拟仿真平台关键技术研究

彭良友  
【摘要】:随着金属板料成形的研究与应用不断深入和虚拟仿真技术的不断发展,对金属板料成形工艺软件的模拟仿真系统也提出了更高的要求。本文对金属板料成形的三维仿真进行了深入的研究与探讨,并针对无模成形与数控板料折弯等工艺开发了虚拟仿真系统。 首先介绍了OpenSceneGraph三维图形引擎的体系架构,通过对场景图形概念的分析,研究了如何使用该平台建立场景以及进行场景的控制管理。 针对金属板料成形设备以及工艺特点,本文提出基于拉伸体建模技术,通过二维轮廓信息实现对大多数几何实体的抽象建模;通过逆波兰表达式计算实现造型数据的简单参数化,使同一个拓扑几何模型可以生成一系列不同尺寸、规格的实体模型;最后研究并实现了基于两视图切片算法的扩展拉伸体建模技术,使得系统可以支持复杂的三维模型创建,扩展了模型覆盖域。 针对无模成形工艺的仿真需求,本文使用关键帧插值技术转换G代码文件,并通过时间轴的控制实现了路径动画功能;同时基于图像空间离散法使用柱状Voxel体素建立毛坯模型,实现了高性能的碰撞检测算法。该无模成形仿真系统已在为日本Amino公司无模成形工艺规划软件AFS2得到实际应用。 在华中数控的数控板料折弯仿真系统的开发过程中,首先使用变形体动画技术解决了板料柔体的仿真功能,并使用VBO(Vertex Buffer Objects,顶点缓存对象)优化了其显示性能;根据数控系统的硬件抽象层建立运动动画管理器,实现了虚拟折弯机与数控系统的连接;并通过折弯工序的研究,将板料柔体和折弯机的运动控制同步,实现了连续的折弯仿真功能,该仿真平台同时也为模拟仿真折弯工艺中的展开长度、回弹、减薄等特性提供了支持。


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