功能梯度材料零件可視化及其快速成型路徑生成方法研究.pdf_第1頁
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文檔簡(jiǎn)介

1、功能梯度材料概念(Functionally Graded Materials,簡(jiǎn)稱FGM)于1987年由日本科技廳提出,該種材料在零件內(nèi)部按照一定的分布函數(shù)呈梯度狀分布,使得該零件在力學(xué)等性能上也呈梯度變化。傳統(tǒng)的基于物理或化學(xué)的功能梯度材料制造方法存在如下缺點(diǎn):只能制備形狀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的功能梯度材料塊體或材料環(huán);不能制造嵌入器件零件;制備功能梯度材料時(shí)不能實(shí)現(xiàn)各材料組分相在一定范圍內(nèi)的精確控制,不能正確反映設(shè)計(jì)者的意圖,從而影響材料性能發(fā)

2、揮?;陔x散/堆積原理的快速成型(Rapid Prototyping,RP)技術(shù)為功能梯度材料零件的制備提供了一種可能手段,并且能在制備材料的同時(shí)制造零件。在目前的快速成型領(lǐng)域,一方面,商業(yè)化的功能梯度材料成型機(jī)并不存在,一些商業(yè)上的CAD軟件尚不具備表示功能梯度材料實(shí)體零件材料屬性的能力;另一方面,許多特殊的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)快速成型技術(shù)卻提出了更高的要求。本文以快速成形技術(shù)為背景,針對(duì)復(fù)雜零件功能梯度材料模型的CAD表達(dá)方法、切片和路徑生成

3、方法行了深入理論分析和研究,設(shè)計(jì)并開發(fā)一款STL模型到FGM模型表達(dá)可視化和路徑生成的軟件系統(tǒng),為基于RP的功能梯度材料零件制造提供技術(shù)基礎(chǔ)。
  本研究主要內(nèi)容包括:⑴建立無冗余數(shù)據(jù)的STL模型頂點(diǎn)、半邊和面之間的拓?fù)潢P(guān)系,提出了STL(StereoLithography)文件各類錯(cuò)誤及缺陷的診斷及修復(fù)算法;提出基于半邊曲率的Loop模式的自適應(yīng)曲面細(xì)分算法,在整體上用較少的三面片準(zhǔn)確的表示模型,以保證STL模型曲面精度。⑵系統(tǒng)

4、研究了網(wǎng)格模型體素化方法,提出并實(shí)現(xiàn)了基于四叉樹的Ray-Casting體素化CAD模型的方法,分析了基于數(shù)字距離變換計(jì)算從體素到參考特征距離的方法。⑶提出基于物體空間的FGM模型可視化路線,分析了FGM切片層厚對(duì)幾何切片誤差和材料切片誤差的影響,給出了基于體素模型的功能梯度材料零件切片算法。⑷研究了基于FGM模型的等材料等值線路徑生成方法,提出了一種多區(qū)域輪廓的曲線偏置算法。設(shè)計(jì)了一款兼FGM模型可視化、切片和路徑規(guī)劃為一體的FGM-

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