三維體積成形過程有限元模擬可視化技術(shù)研究與軟件開發(fā).pdf

1、在我國以技術(shù)進(jìn)步、科技創(chuàng)新為中心的現(xiàn)代化建設(shè)的進(jìn)程中，以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/制造/工程分析(CAD/CAM/CAE)為代表的先進(jìn)技術(shù)在制造業(yè)中已成為最為活躍的部分。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展以及金屬塑性成形理論的日臻完善，使得金屬塑性成形過程的三維有限元數(shù)值模擬成為現(xiàn)實(shí)，利用數(shù)值模擬方法，可以方便地確定整個(gè)成形過程的細(xì)節(jié)問題，為工藝設(shè)計(jì)和模具優(yōu)化提供強(qiáng)有力的支持。 在有限元數(shù)值模擬系統(tǒng)中，前后處理技術(shù)也是整個(gè)分析系統(tǒng)的重要組成部分。

2、目前二維數(shù)據(jù)場可視化技術(shù)發(fā)展比較成熟，已經(jīng)在有限元計(jì)算處理以及各種工程軟件中得到了廣泛的應(yīng)用。而三維數(shù)據(jù)場的可視化方法，由于三維實(shí)體有限元模型和網(wǎng)格的不規(guī)則性，許多方法很難滿足有限元應(yīng)用軟件的要求，特別是對(duì)于三維八節(jié)點(diǎn)六面體網(wǎng)格的可視化研究，目前仍待進(jìn)一步完善，因此開展三維體積成形過程有限元可視化技術(shù)研究與相關(guān)軟件開發(fā)，對(duì)于提升我國的軟件開發(fā)水平具有重要意義。 本文重點(diǎn)對(duì)基于六面體網(wǎng)格的三維模擬結(jié)果的顯示消隱處理、等值線算法、剖

3、切算法及剖切后各場量值的可視化技術(shù)進(jìn)行了深入研究。利用OpenGL通過先“面繪制”后“線繪制”和多邊形偏移技術(shù)實(shí)現(xiàn)了三維六面體網(wǎng)格的動(dòng)態(tài)消隱，使得變形后的網(wǎng)格在屏幕上顯示更加快速清楚，具有立體效果；利用OpenGL本身具有的顏色均勻過渡的能力實(shí)現(xiàn)了彩色云圖的成功繪制；利用幾何處理管道技術(shù)和坐標(biāo)逆變換將屏幕二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成物體實(shí)際坐標(biāo)，然后構(gòu)造剖切面，實(shí)現(xiàn)了三維實(shí)體的任意剖切，用戶可以清晰方便地觀察工件內(nèi)部的物理量分布及變化趨勢(shì)；在三維等值

4、線生成算法中通過增加“虛節(jié)點(diǎn)”的方法，無論是表面四邊形還是任意剖面上的多邊形均轉(zhuǎn)化為三角形后再在此基礎(chǔ)上生成等值線，該算法具有原理簡單、編程方便、顯示準(zhǔn)確的特點(diǎn)，對(duì)于其它類型網(wǎng)格的有限元后處理技術(shù)也具有一定的指導(dǎo)意義。 基于對(duì)可視化技術(shù)的研究，作者結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等知識(shí)，在Windows環(huán)境下，利用VisualC++集成開發(fā)環(huán)境和OpenGL圖形接口獨(dú)立開發(fā)了三維金屬體積成形數(shù)值模擬系統(tǒng)CASFORM-3D的前后處理模塊，該系統(tǒng)