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基于open cascade的铸钢件冒口工艺三维模型设计

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特种铸造及有色合金 2022年第5期42卷 631-635页

作者：李胜民王志贤殷亚军周建新沈旭计效园华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室

基于open cascade的铸钢件冒口工艺三维模型设计,通过对铸钢件模数的求取,并根据不同冒口类型选择不同的冒口设计系统,实现了铸钢件冒口系统的快速设计。首先读取铸钢件三维模型,计算铸钢件的整体模数;然后选择不同的截取体类型,并通过... 详细信息

基于open cascade的铸钢件冒口工艺三维模型设计,通过对铸钢件模数的求取,并根据不同冒口类型选择不同的冒口设计系统,实现了铸钢件冒口系统的快速设计。首先读取铸钢件三维模型,计算铸钢件的整体模数;然后选择不同的截取体类型,并通过参数化的设计进行截取体的形状和位置的确定,进而求得铸件的局部模数;之后通过得到的局部模数和选择的冒口类型,自动建立冒口的三维模型;最后以实际铸钢件为例,说明该冒口设计系统的可行性。结果表明,该冒口设计系统可以提高冒口设计的效率,节约设计时间。

关键词： open cascade 冒口工艺设计模数法铸钢件

基于open cascade的弯管参数提取与建模系统研发

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现代制造工程 2023年第10期 94-99页

作者：刘贵名侯润猛田大将周连林李子瑞河北工业大学机械工程学院天津300401 上海数设科技有限公司上海201203 河北工业大学人工智能与数据科学学院天津300401

为解决自动化弯管CAD/CAM系统中弯管数字化模型到加工坐标参数之间的转换问题,提出了基于open cascade的弯管参数提取与参数化建模的方法。通过开源三维几何引擎open cascade读取弯管数字化模型并提取弯管的几何参数信息,然后通过弯管... 详细信息

为解决自动化弯管CAD/CAM系统中弯管数字化模型到加工坐标参数之间的转换问题,提出了基于open cascade的弯管参数提取与参数化建模的方法。通过开源三维几何引擎open cascade读取弯管数字化模型并提取弯管的几何参数信息,然后通过弯管几何参数信息到加工坐标参数的转换方法获得弯管加工坐标参数。根据弯管加工原理通过弯管加工坐标参数使用open cascade来建立弯管数字化模型。根据以上参数提取和参数化建模方法,开发了弯管参数提取与参数化建模软件系统,实现了弯管数字化模型与加工坐标参数的相互转换。该系统能应用于弯管的设计与制造过程,为实现自动化弯管CAD/CAM系统奠定了基础。

关键词：弯管参数提取参数化建模 open cascade

基于open cascade的离心泵三维水力设计软件开发

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基于Open CASCADE的离心泵三维水力设计软件开发

作者：华旭辉江苏大学

学位级别：硕士

离心泵因其适用范围广、流量均匀、体积较小等优点而应用广泛,在某些特殊领域使用量占泵总量70%以上。为了提高离心泵设计精度和设计效率,紧跟信息化、智能化的发展趋势,开发一款专业化、高精度的离心泵设计软件势在必行。本文通过C++、... 详细信息

离心泵因其适用范围广、流量均匀、体积较小等优点而应用广泛,在某些特殊领域使用量占泵总量70%以上。为了提高离心泵设计精度和设计效率,紧跟信息化、智能化的发展趋势,开发一款专业化、高精度的离心泵设计软件势在必行。本文通过C++、open cascade、Qt联合编程,采用NURBS曲线及LSPIA优化方法对曲线优化和三维自动化造型进行了研究,并以速度系数法为基础进行离心泵几何参数计算,创新性地基于open cascade库函数实现LSPIA优化方法以及离心泵设计算法,最终将曲线优化、三维造型和离心泵参数计算进行集成,成功开发了离心泵叶轮和蜗壳的三维水力设计软件LPCAD。全文工作及结论总结如下:1.详细介绍了国内外离心泵CAD软件和离心泵设计软件的研究现状,分析了国内外离心泵CAD软件之间的差异;介绍了自由曲线在离心泵设计中的应用,以及NURBS曲线拟合优化方法的研究现状。2.在Visual Studio2015上完成了开发平台的搭建,重点研究了不同窗口间的数据传输方法。在主窗口和子窗口之间互相传值时,使用Qt的信号与槽机制,通过发送信号及触发槽函数的方式完成窗口间的传值;子窗口和子窗口之间采用C++中的静态变量机制,然后通过类中的静态成员变量进行值的存储和读取,达到各子窗口间的数据传递功能。不同窗口间的数据传输功能的实现为后续离心泵设计功能、建模功能及各种人机交互功能提供了支持。3.研究分析了控制点、权重等因素对NURBS曲线的影响,结合open cascade中所提供的函数,以控制点优化为基础,综合运用控制点优化、参数优化、权重优化3种优化实现LSPIA方法,将组合后的3种优化方法应用于离心泵设计中,分析验证了LSPIA方法的有效性,研究发现:(1)经过LSPIA优化后的拟合曲线可以广泛应用于离心泵的各个设计环节,包括离散点拟合、叶片轴面截线绘制、木模图中各流线绘制等。LSPIA优化可以有效减小曲线拟合误差,并保证曲线整体的光顺性;(2)不同场景LSPIA优化效果不同。在拟合离散数据点时使用LSPIA算法效果最好,10次迭代后误差下降了99.95%以上;(3)在曲线形状大致稳定后,LSPIA优化会让拟合误差按一定的百分比减小,平均每次迭代可以使曲线的拟合误差减小48.2%;(4)不合理的曲线形状会影响LSPIA算法的效果,优化效果最差的例子在10次迭代后误差下降了93.4%。4.探究了离心泵叶轮和蜗壳的设计及建模算法,基于open cascade和速度系数法完成叶轮和蜗壳的三维水力设计软件开发。研究成果如下:(1)重点研究了叶轮设计和蜗壳设计中各步骤的数学模型与算法,包括叶轮轴面图设计、F-L图绘制、流线分点、方格网展开、叶片加厚、叶片三维造型,以及蜗壳断面设计、螺旋段设计、扩散段设计、隔舌设计等。在此基础上软件可以进行叶轮扭曲叶片、圆柱叶片、顺时针旋转叶片、逆时针旋转叶片,以及蜗壳中间出口、侧边出口等多样化设计;(2)针对三维水力设计中有可能出现的极端情况,研究并开发了曲面延伸、流线扫掠、增加过渡断面等个性化算法,提升设计软件的鲁棒性;(3)使用软件设计了3台不同比转速的离心泵,并进行CFD计算和试验验证,发现在设计工况下,3台离心泵设计扬程与试验结果偏差均在5%以内,效率与试验结果偏差均在2%以内,证明软件适用于各比转速的离心泵设计,适用范围广。

关键词：离心泵 NURBS曲线 LSPIA open cascade CAD 软件开发

基于open cascade的轴流泵水力设计软件开发

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基于Open CASCADE的轴流泵水力设计软件开发

作者：顾明磊江苏大学

学位级别：硕士

轴流泵属于大流量、低扬程的泵型,广泛应用于农业灌溉、引水调配、城市排污等领域。为了提高轴流泵设计的效率和数控加工精度,开发具有自主知识产权、包含二维绘型与三维建模的轴流泵设计软件已迫在眉睫。因此,本文以流线设计法计算轴... 详细信息

轴流泵属于大流量、低扬程的泵型,广泛应用于农业灌溉、引水调配、城市排污等领域。为了提高轴流泵设计的效率和数控加工精度,开发具有自主知识产权、包含二维绘型与三维建模的轴流泵设计软件已迫在眉睫。因此,本文以流线设计法计算轴流泵的几何参数,添加基于趋势外推法的叶轮叶片延伸算法,联合C++、open cascade和Qt开发轴流泵水力设计软件。本文主要研究内容和成果如下:1.基于Visual Studio搭建了轴流泵水力设计软件平台,并联合open cascade和Qt实现了几何绘制和人机交互的结合。在人机交互方面,充分利用Qt的信号和槽机制,实现了分步设计过程中窗口与窗口之间的调用和切换;采用C++语言自带的静态变量类来存储设计过程中的参数和绘制好的拓扑结构模型,并提供与修改参数和模型的函数,便于各个窗口对这些数据进行提取与修改;利用Qt的信息框函数实现对错误数据发现与制止,有效降低了程序因错误数据导致崩溃的概率。2.归纳了基于圆柱无关假设和线性环量修正的轴流泵流线设计法,给出了设计过程中所需要的参数计算或选取方式,并提供两种工作面型线和四种翼型的加厚方案的选择。运用趋势外推法建立叶轮叶片至轮毂延伸段的拟合函数,结合矩阵和牛顿迭代法,对需要的延伸点坐标进行求解,再利用OCC的造型函数绘制延伸段,使得整个叶片足够光滑光顺,无异常扭曲波动。3.探究了在OCC系统中轴流泵的叶轮和导叶建模方法,包括二维绘型中的叶片展开图、平面图和轴面图的图形计算和算法实现,以及三维建模时的型线绘制、叶片实体绘制、轮毂绘制以及整合的算法实现步骤,并实现了根据二维图纸参数直接三维建模的功能,拓宽了软件的适用范围。4.以流量Q=1188m/h、扬程H=6.1m、转速n=1450r/min的轴流泵为例,阐述了该软件设计轴流泵的具体步骤。使用该软件对算例的二维图纸直接建模并进行CFD计算和实验验证,同时对使用该软件设计的两种不同方法进行叶片延伸的轴流泵模型进行CFD计算。结果表明:设计工况下直接建模模型的扬程与效率的计算值与试验值间的误差小于1%,非设计工况下误差小于3%;在全部工况下,采用趋势外推法进行叶片延伸的轴流泵模型的扬程和效率都要更高。

关键词：轴流泵 open cascade Qt 软件开发参数化设计趋势外推法

基于open cascade的飞机装配检测数据分析与可视化研究

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机械制造与自动化 2022年第2期51卷 218-222页

作者：曲淑婷陈芳曾琪甘志超王飞中航工业北京长城航空测控技术研究所北京101111 南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

三维数字化测量技术的高速发展使得混合设备多站位测量广泛应用于飞机装配检测中,而不同设备使用的数据处理软件不尽相同,难以实现测量数据的统一管理,为此构建飞机装配检测数据分析与可视化软件。面对繁杂的数据,针对其所属特征的特点... 详细信息

三维数字化测量技术的高速发展使得混合设备多站位测量广泛应用于飞机装配检测中,而不同设备使用的数据处理软件不尽相同,难以实现测量数据的统一管理,为此构建飞机装配检测数据分析与可视化软件。面对繁杂的数据,针对其所属特征的特点展开数据分类,依据装配检测需求构建不同特征的数据可视化表达模型。为实现特征数据有效的组织和管理,基于可视化的需求设计不同特征的数据存储格式,且采用图表的形式分析同一特征多组数据的变化趋势。以某部件测量数据为例展开系统验证,结果表明该系统能更加清晰、直观地显示测量数据,且便于质量的控制与后期的溯源。

关键词：三维可视化数据分析数据管理 open cascade

基于open cascade和普通克里金插值的透明矿井水文地质建模软件开发

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煤矿安全 2020年第5期51卷 138-141页

作者：李鹏靳德武程建远赵春虎西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

将三维开源几何内核open cascade和基于地质统计学的普通克里金(Ordinary Kriging)插值算法从底层相结合,设计了在CAD几何操作核心之上加入地质统计学插值算法的三维水文地质建模软件开发架构。利用open cascade的三维图形渲染、可视化... 详细信息

将三维开源几何内核open cascade和基于地质统计学的普通克里金(Ordinary Kriging)插值算法从底层相结合,设计了在CAD几何操作核心之上加入地质统计学插值算法的三维水文地质建模软件开发架构。利用open cascade的三维图形渲染、可视化交互、编辑等功能和普通克里金的地质统计学插值功能,以Visual Studio为开发工具,以C++和Python为开发语言,SQLite作为地质数据库设计并开发了Hydrogeo3D矿井水文地质建模软件,从而实现了建模过程局部细节可编辑的功能。

关键词：三维水文地质建模 open cascade 普通克里金地层插值断层建模

基于开源open cascade的桌面式虚拟装配系统研究

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基于开源Open CASCADE的桌面式虚拟装配系统研究

作者：蹇凡大连海事大学

学位级别：硕士

随着计算机技术在设计和制造领域的普遍应用,虚拟装配技术也受到研究者的广泛关注。虚拟装配技术改善了传统方法设计生产周期长的问题,对于单件、小批量、高成本产品的设计制造具有独特优势。现有的虚拟装配系统多存在功能繁杂、效率低... 详细信息

随着计算机技术在设计和制造领域的普遍应用,虚拟装配技术也受到研究者的广泛关注。虚拟装配技术改善了传统方法设计生产周期长的问题,对于单件、小批量、高成本产品的设计制造具有独特优势。现有的虚拟装配系统多存在功能繁杂、效率低、系统升级困难等问题,因此,从底层开发虚拟装配系统,运用约束识别与定位等辅助装配操作的关键技术,对于大型复杂机电产品的设计与制造具有重要意义。本文在分析了现有虚拟装配相关研究成果的基础上,设计了基于open cascade的桌面式虚拟装配系统。本文主要研究了系统界面及主要框架,零件三维模型拓扑分解、约束识别、运动控制等关键技术。首先,分析了桌面式虚拟装配系统的需求,研究系统所要实现的功能和所需的关键技术。介绍了系统开发的软件配置,着重分析了开发平台open cascade的建模运算、可视化、应用框架等类和函数的功能。其次,研究了部分关键技术的实现机理和算法。调用建模运算类中拓扑工具函数,对三维模型拓扑分解得到各级拓扑结构。通过信息提取类逐行读取STEP信息并保存在结构体数组中,用来判断碰撞干涉面对是否存在约束关系。定义约束优先级,对约束施加顺序加以智能判断。对虚拟环境中零部件的位姿描述以及运动求解进行研究,控制零件运动,完成装配。最后,开发出了基于open cascade的桌面式虚拟装配系统的界面和主要框架。用VC++工具实现了主界面中各个窗口的划分,虚拟场景构建,模型导入、模型零件树生成等系统基本功能及零件模型拓扑分解、位姿调整、约束定位等功能。通过对虚拟装配系统的实际应用,初步实现了基于open cascade的桌而式虚拟装配系统的部分虚拟装配功能,为虚拟装配系统的进一步开发打下了基础。

关键词： open cascade 拓扑分解约束识别运动控制

基于open cascade的分子动力学交互式建模系统研究与应用

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基于Open CASCADE的分子动力学交互式建模系统研究与应用

作者：葛露明广东工业大学

学位级别：硕士

分子动力学方法作为一种强大的微观数值仿真工具,可以动态计算和分析原子或分子尺度下粒子系统的结构特征与性质,已广泛应用于科学研究的多个领域。对于各类仿真对象,如何快速、准确、有效地构建其分子动力学模型,一直是研究人员需要解... 详细信息

分子动力学方法作为一种强大的微观数值仿真工具,可以动态计算和分析原子或分子尺度下粒子系统的结构特征与性质,已广泛应用于科学研究的多个领域。对于各类仿真对象,如何快速、准确、有效地构建其分子动力学模型,一直是研究人员需要解决的难题。目前,常见的分子动力学软件有LAMMPS、OVITO、GROMACS、NAMD、VMD等。这些软件因良好的灵活性和众多的功能,被许多研究人员广泛使用。然而,目前主流分子动力学软件的建模方式缺乏针对各类模型的系统构建方法,尤其在面对几何形状较为复杂的模拟对象时,建模难度更加突显。针对这个问题,以提供分子动力学交互式、可视化建模服务为出发点,开发了一款基于open cascade和Qt的分子动力学交互式三维建模软件。创建了一个可以构建任意形状模型的自主三维建模平台,设计了针对各类分子动力学模型的离散算法和实现了模型的仿真前处理,并对软件的分子动力学建模功能进行了实例应用。主要研究内容如下:(1)基于三维几何造型引擎open cascade和界面开发工具Qt创建了三维建模平台。实现了三维建模软件常用的功能,包括通过鼠标、键盘交互绘制二维直线、矩形、圆、贝塞尔曲线和B样条曲线等图元,以及使用拉伸、旋转、扫描、自由曲面等方式构建三维模型。提供了特征点标注、修改和三维模型布尔运算、提取边界等辅助功能,开发了具备完全自由度的小型化三维建模平台。(2)基于三维建模平台,提出了针对各类分子动力学模型的构建方法,并完成了各类离散模型信息的导出和可视化。分别对单晶结构、多晶结构和非晶体材料采用了不同的离散算法。通过三维方向上的离散,并确定其晶向,从而离散出单晶模型。使用三维Voronoi图方法构建出多晶晶粒结构,然后对其中的每个晶粒采取单晶模型的离散方法,进而生成多晶离散模型。将非晶体模型的构建工作分为规则排列和随机排列两个方面分别考虑,实现了二维圆形和三维球体细胞等规则排列的建模,以及溶液等随机排列粒子模型的构建。(3)为分子动力学模拟提供了仿真前处理的实现。基于已经构建出来的三维模型,软件可以对指定模型表面的几何信息进行提取,获得一定厚度分子动力学边界,并实现边界离散和生成边界粒子模型的操作。软件提供了生成仿真前处理接口文件的功能,能够通过对话框输入仿真命令及参数的方式,生成示范性的LAMMPS仿真接口文件。(4)利用软件进行了实例研究,构建了DLD芯片分离细胞的分子动力学模型,并利用该模型进行了分子动力学模拟,研究了细胞的运动特性。然后利用软件分别生成并显示了金刚石切削单晶硅和2,2,4-三甲基己烷的分子动力学模型。

关键词： open cascade 分子动力学交互式建模可视化 Qt

基于open cascade的三维机电集成计算机辅助设计系统-MECAD

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基于Open CASCADE的三维机电集成计算机辅助设计系统-MECAD

作者：吴轩厦门大学

学位级别：硕士

今天,几乎所有的产品和应用都受到机电一体化技术的影响,机电一体化产品对所应用的计算机辅助设计系统提出了崭新的要求,需要机械设计和电子设计方面具有良好交互性。特别是在机电一体化领域一个创新性的工艺技术是抛弃传统的PCB电路板... 详细信息

今天,几乎所有的产品和应用都受到机电一体化技术的影响,机电一体化产品对所应用的计算机辅助设计系统提出了崭新的要求,需要机械设计和电子设计方面具有良好交互性。特别是在机电一体化领域一个创新性的工艺技术是抛弃传统的PCB电路板,直接在三维基体材料上集成机械和电子功能,形成三维电路结构,这个所谓的MID （Molded Interconnect Devices,模塑互连器件）工艺技术既可以在三维热注塑材料实现,也可以应用在柔性薄膜和陶瓷基体上。设计开发这种具有三维电路的器件,不仅要求所应用的辅助设计系统是一个三维的机电集成设计环境,而且需要提供集成设计的功能和MID工艺技术对应的特殊功能。本文在分析国内外现有的MCAD软件与ECAD软件的不足以及集成设计软件的缺陷的基础上,设计开发了一种三维机电集成器件的计算机辅助设计系统（MECAD）,该系统基于三维几何造型核心opencascade,支持在三维环境中进行机电集成产品的数字化设计。系统提供了一系列与机电一体化设计相关的功能,这些功能不仅包括现有的三维机械设计MCAD系统中的基本功能,如三维建模,视角变换,零件移动等,而且还拥有现有的二维电子设计系统ECAD中的核心功能,如电子元件逻辑线路布置,逻辑关系计算等。因为这两个功能模块集成在一个系统中,使得三维的机械结构设计与二维的电子逻辑设计能直接在软件内部进行信息的交互和共享。除此之外系统为了保证机电集成产品开发的需要,还开发了目前机械和电子的CAD系统中不存在的机电集成设计功能,如三维元件布局,三维电路布线等。通过多个例子表明使用该设计系统不仅为传统的机电产品提供有效的设计方式,还支持MID器件的数字化设计,满足其崭新的要求,而且使设计者减轻工作量,大大的提高了设计效率。

关键词：机电一体化 MID 集成设计 open cascade