仿生微結(jié)構(gòu)幾何建模技術(shù)研究.pdf

1、仿生作為人類學(xué)習(xí)自然的手段，為工業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新注入了新的活力。隨著生物仿生原理的日益完善，高精度微尺度的仿生數(shù)字化幾何建模成為一項具有挑戰(zhàn)性的工作。本文在對仿生微結(jié)構(gòu)理論分析的基礎(chǔ)上，開展了仿生微結(jié)構(gòu)幾何建模的研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對微結(jié)構(gòu)單元的幾何建模問題，分別提出了內(nèi)、外微結(jié)構(gòu)單元的參數(shù)化設(shè)計方法。首先，表面微結(jié)構(gòu)以三維重建的鯊魚皮盾鱗模型為樣本，提出了基于功能的參數(shù)定義，構(gòu)建了形狀變形編輯的表面單元結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計

2、系統(tǒng)。其次，內(nèi)部微結(jié)構(gòu)以基于隱式曲面構(gòu)造的多孔結(jié)構(gòu)作為研究對象，提出了密度可控的多孔結(jié)構(gòu)幾何建模算法。⑵針對表面微結(jié)構(gòu)單元的排布幾何建模問題，提出了基于表面矢量場的排布優(yōu)化算法。首先，研究了生物表面微結(jié)構(gòu)單元的排布規(guī)律；然后，采用離散網(wǎng)格表面矢量場傳播算法，并結(jié)合Centroidal Voronoi Tessellations算法實現(xiàn)表面微結(jié)構(gòu)單元方向場控制與目標表面區(qū)域劃分；最后，通過網(wǎng)格融合技術(shù)使得微結(jié)構(gòu)單元與目標網(wǎng)格表面無縫融合，

3、最終實現(xiàn)了微結(jié)構(gòu)單元的排布幾何建模。⑶針對基于物理屬性的多孔微結(jié)構(gòu)建模技術(shù)，提出了密度可控的內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)生成方法。首先，研究了基于應(yīng)力分布的內(nèi)部微結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法，通過截面分析獲得在給定載荷條件下的應(yīng)力分布，以此估算模型的最小填充率，再采用密度可控的多孔結(jié)構(gòu)建模方法，使多孔填充結(jié)構(gòu)達到最優(yōu)比強度。其次，研究了質(zhì)心分布可控的內(nèi)部微結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法，通過構(gòu)建“密度-質(zhì)心”優(yōu)化方程，以給定的質(zhì)心、質(zhì)量為約束條件進行密度優(yōu)化求解，實現(xiàn)了模型的平衡性優(yōu)化