船用螺旋桨参数化建模方法研究与优化设计
这是一篇关于船用螺旋桨,参数化建模,水动力性能,计算流体力学,优化设计的论文, 主要内容为近年来,轮缘驱动推进器作为一种新型高效螺旋桨推进器逐渐得以应用,它所使用的无毂螺旋桨相比传统螺旋桨有着更高的敞水效率,许多学者对其开展了深入研究。为了对其进一步设计与优化,本文开发了一套面向无毂螺旋桨和传统螺旋桨的参数化建模系统,实现了螺旋桨的自动化建模。基于该系统与计算流体力学(CFD)方法,本文对一种反厚度规律的无毂螺旋桨进行了设计与优化,并进一步对反厚度螺旋桨推进系统进行了设计与应用研究。本文主要研究内容如下:首先对螺旋桨参数化建模系统进行研究。基于图谱法构建了图谱桨二维型值点与三维型值点计算模型,并对模型进行了修改,使其适用于包括无毂螺旋桨在内的自由形状螺旋桨。根据构建的模型,利用MATLAB开发了一款螺旋桨型值点计算软件,实现了两种图谱螺旋桨及自定义参数螺旋桨的型值点计算功能。然后,对NX进行二次开发,实现了根据输入参数与型值点数据,自动建模传统螺旋桨及无毂螺旋桨的功能。利用CFD法对参数化建模的图谱桨进行了水动力性能分析,验证了建模系统的正确性。对JQ-5-81系列螺旋桨进行了参数化建模,并用CFD技术分析了其水动力性能。结果表明,该桨的敞水性能与图谱数据相符,满足设计要求。通过分析螺旋桨的压力分布、后流场速度分布和涡流特征,进一步验证了螺旋桨模型的正确性,进而证明了建模系统的可靠性。其次,基于计算流体力学方法与参数化建模系统对一种反厚度规律无毂螺旋桨进行了优化设计。利用参数化建模系统参照Ka4-70型号螺旋桨建模了一种反厚度规律无毂螺旋桨,并通过CFD技术,对其敞水性能进行分析。结果表明,该反厚度螺旋桨具有一定的研究意义和应用潜力。以最大敞水效率为优化目标,通过调整叶截面弦长、叶片长度和螺距比等参数,对反厚度螺旋桨进行了优化设计,实现了在最大效率进速范围内平均敞水效率6.45%的提升。文章还对比了优化前后的反厚度螺旋桨及传统螺旋桨的尾流场速度、涡量分布,分析了不同螺旋桨性能差异的原因。最后,开展了反厚度螺旋桨推进系统的设计与应用研究。分析了不同导管形状对推进系统水动力性能的影响,并在设计的四种导管中选择了性能最优的一种。针对系统推力较小的问题,提出了使用对转桨方案来提升推力。分析了不同桨距下系统的水动力性能,最终得到最优桨距对转螺旋桨系统,其相较单桨系统在最大敞水效率区间内推力提升了55.44%。对系统进行了船机桨匹配,在最大效率工况下匹配了适合的船舶阻力及发动机功率。
基于BIM技术的钢筋混凝土箱涵正向设计研究
这是一篇关于BIM技术,钢筋混凝土箱涵,参数化建模,Revit二次开发的论文, 主要内容为以水利工程中常见的钢筋混凝土箱涵作为研究对象,基于Autodesk Revit BIM软件,通过BIM的思想和参数化设计理念,在Visual studio开发工具中利用C#语言进行Revit二次开发。按照《水工钢筋混凝土设计规范》,对钢筋混凝土箱涵的正向设计研究进行实现。(1)钢筋混凝土箱涵参数化三维模型的创建。依据水工建筑物相关设计规范,创建单孔钢筋混凝土箱涵参数化模型,对模型的尺寸参数进行设置、调试。(2)可视化交互式正向设计的实现过程。通过Visual Studio开发平台,编写C#语言代码和设计用户窗体界面,将用户输入的基本数据和模型参数进行关联,达到调整数据驱动三维模型变化的目的。最后,将上述代码封装后接入Revit API接口载入Revit中运行。(3)钢筋混凝土箱涵正向设计研究及实现。依据《水工钢筋混凝土设计规范》,采用C#语言的设计流程主要为:内力计算(剪力、轴向力和截面弯矩)和结构计算(承载能力极限状态、正常使用极限状态),将两大部分的编程代码封装后接入Revit API接口,实现混凝土箱涵全过程计算结果的即时输出、模型参数与几何尺寸的变化;实现了混凝土箱涵计算书和设计图纸的生成与输出。通过对钢筋混凝土箱涵的可视化交互式正向设计研究及实现,不仅在箱涵工程中拓展了BIM技术的应用,同时对其他水工钢筋混凝土结构正向设计和实现具有一定的参考意义。
悬臂浇筑法挂篮参数化建模关键技术研究
这是一篇关于挂篮,参数化建模,程序设计,BIM,二次开发的论文, 主要内容为BIM(Building Information Modeling)技术是当前桥梁工程领域研究的热点,具有信息化、协同化、可视化等突出优势,在桥梁全生命周期据有重要的价值。依据正向设计的思想,BIM模型为结构图纸交付、算量统计等工作提供基础,实现BIM模型在设计、施工、监控全过程的应用。但由于存在BIM模型构件需反复修改、三维模型建立效率低、BIM模型与有限元模型数据交互困难等问题,导致BIM模型利用效率低,在设计阶段的应用深度不足。为此,本文以连续梁桥悬臂浇筑用挂篮为对象,结合工程实际案例,使用参数化方法开发了建模程序,研究挂篮结构的有限元模型和BIM模型参数化建立方法,实现了挂篮的参数化建模以及BIM模型与有限元模型的数据交互,解决了BIM技术在挂篮设计中应用困难的的问题,为其他结构参数化建模方法提供思路。本文主要的研究内容如下:(1)基于C++语言开发了挂篮Midas/Civil有限元模型参数化建立的程序。通过参数输入实现标准化挂篮有限元模型的快速生成,实现挂篮结构初步拟定和挂篮结构受力分析,为挂篮BIM模型的建立提供必要参数,辅助BIM模型细部构件的设计,减少或避免结构重复调整的问题,提高挂篮设计的效率。(2)基于Rhino-Grasshopper可视化编程平台和Tekla-Structures平台开发挂篮BIM模型参数化建立程序。研究各类构件的参数化方法,并创建挂篮参数化构件库。基于箱梁模型提供的边界约束,将挂篮结构依模块进行参数化模型建立。通过参数化的方法解决了三维模型建模效率低的问题,建立参数与整体模型间的联系,有助于模型的实时更新,推进基于BIM技术的图纸交付和算量统计等工作的进行,为其他桥梁结构BIM模型参数化建立提供方法和思路。(3)基于Rhino-Grasshopper可视化平台,调用BIM参数化建模中的关键数据,研究实现Midas/Civil有限元模型的精细化建立的方法,分析结果为传统有限元模型建立提供参数,将BIM模型数据与有限元数据整合到Grasshopper中,实现数据的共享。结合BIM模型细部构件参数,实现挂篮细部构件的自动化验算。
船用螺旋桨参数化建模方法研究与优化设计
这是一篇关于船用螺旋桨,参数化建模,水动力性能,计算流体力学,优化设计的论文, 主要内容为近年来,轮缘驱动推进器作为一种新型高效螺旋桨推进器逐渐得以应用,它所使用的无毂螺旋桨相比传统螺旋桨有着更高的敞水效率,许多学者对其开展了深入研究。为了对其进一步设计与优化,本文开发了一套面向无毂螺旋桨和传统螺旋桨的参数化建模系统,实现了螺旋桨的自动化建模。基于该系统与计算流体力学(CFD)方法,本文对一种反厚度规律的无毂螺旋桨进行了设计与优化,并进一步对反厚度螺旋桨推进系统进行了设计与应用研究。本文主要研究内容如下:首先对螺旋桨参数化建模系统进行研究。基于图谱法构建了图谱桨二维型值点与三维型值点计算模型,并对模型进行了修改,使其适用于包括无毂螺旋桨在内的自由形状螺旋桨。根据构建的模型,利用MATLAB开发了一款螺旋桨型值点计算软件,实现了两种图谱螺旋桨及自定义参数螺旋桨的型值点计算功能。然后,对NX进行二次开发,实现了根据输入参数与型值点数据,自动建模传统螺旋桨及无毂螺旋桨的功能。利用CFD法对参数化建模的图谱桨进行了水动力性能分析,验证了建模系统的正确性。对JQ-5-81系列螺旋桨进行了参数化建模,并用CFD技术分析了其水动力性能。结果表明,该桨的敞水性能与图谱数据相符,满足设计要求。通过分析螺旋桨的压力分布、后流场速度分布和涡流特征,进一步验证了螺旋桨模型的正确性,进而证明了建模系统的可靠性。其次,基于计算流体力学方法与参数化建模系统对一种反厚度规律无毂螺旋桨进行了优化设计。利用参数化建模系统参照Ka4-70型号螺旋桨建模了一种反厚度规律无毂螺旋桨,并通过CFD技术,对其敞水性能进行分析。结果表明,该反厚度螺旋桨具有一定的研究意义和应用潜力。以最大敞水效率为优化目标,通过调整叶截面弦长、叶片长度和螺距比等参数,对反厚度螺旋桨进行了优化设计,实现了在最大效率进速范围内平均敞水效率6.45%的提升。文章还对比了优化前后的反厚度螺旋桨及传统螺旋桨的尾流场速度、涡量分布,分析了不同螺旋桨性能差异的原因。最后,开展了反厚度螺旋桨推进系统的设计与应用研究。分析了不同导管形状对推进系统水动力性能的影响,并在设计的四种导管中选择了性能最优的一种。针对系统推力较小的问题,提出了使用对转桨方案来提升推力。分析了不同桨距下系统的水动力性能,最终得到最优桨距对转螺旋桨系统,其相较单桨系统在最大敞水效率区间内推力提升了55.44%。对系统进行了船机桨匹配,在最大效率工况下匹配了适合的船舶阻力及发动机功率。
基于机器视觉的盘套类零件识别及其三维建模研究
这是一篇关于机器视觉,YOLOv5,零件识别,尺寸测量,参数化建模的论文, 主要内容为针对使用传统手动建模方式对盘套类零件进行逆向建模时,需要进行测量尺寸、建立模型以及调整图纸等操作,而这些操作相对复杂且需要不断重复。为了提高设计效率,缩短研发周期,提出了一种基于机器视觉的盘套类零件识别及其三维建模方法,采用机器视觉与参数化设计相结合的方式完成零件的识别、测量与建模,在保证建模效率的同时获得较高的模型精度。以齿轮、轴套以及法兰三种盘套类零件作为研究对象,通过机器视觉与参数化建模相结合的方法,实现对盘套类零件的识别、测量及建模,主要研究内容如下:(1)零件识别测量总体方案设计。首先对零件识别、测量需求进行分析,硬件部分确定了关键设备的选型;其次采用模块化思想对系统软件进行设计,并使用Pyqt5完成软件部分的界面设计;最后对各模块功能进行研究,完成对零件识别测量系统的总体方案设计。(2)零件识别网络模型设计与实验研究。在YOLOv5模型的基础上,首先采用Ghost模块替换主干网络,降低模型参数量;其次构造新型空间金字塔池化SPP＿F,加快模型的训练速度,加强模型提取信息的能力;去除用于大目标尺度的检测层,从而加快模型的训练与检测,并引入SE注意力机制,赋予小目标通道信息更高的权重;最后将YOLOv5模型中CIo U函数替换为α-SIo U函数,提高边界框的定位精度。实验结果表明,改进后的模型平均精度值(m AP)达到了99.5%,体积仅占3.3 MB,相比于原YOLOv5模型的推理速度加快了35%,能满足在低算力设备部署的需求。(3)零件尺寸测量方法与实验研究。首先使用棋盘格对相机进行标定,用获取的参数矩阵进行畸变矫正;其次为减少算法的运算量,使用加权平均法灰度化图像,分析均值、高斯、中值及双边滤波的降噪性能,选取去噪保边效果最优的中值滤波。为了便于提取边缘轮廓,使用Otsu’s阈值处理将目标图像从背景分离;为了提升边缘提取的定位精度,使用Canny算子与多项式插值的亚像素算子结合的粗精提取方式;为了加快拟合速度,提出一种基于等距间隔抽样的最小二乘法拟合圆算法。最后研究齿轮、轴套以及法兰零件的参数特性,完成测量流程设计,并对测量参数实验结果进行分析。实验结果表明,三类零件的关键尺寸测量误差都在±0.1 mm以内,验证了本文测量方法的准确性;以3σ准则作为评价指标,验证了本文测量方法的稳定性。(4)零件建模系统设计与实例分析。首先分析齿轮、轴套以及法兰零件的几何模型,针对各零件的结构特征,完成零件模型模板与二维工程图库的建立;其次使用Visual studio 2019平台以VB.net作为设计语言对Solidworks 2018进行二次开发,构建零件参数化建模系统;最后以视觉测量的关键尺寸作为核心变量驱动零件参数化建模系统完成对零件的建模,使得零件三维模型与二维工程图得到更新,以便后续实现对产品检测、设计、生产、装配的闭环,极大地提升工业生产效率。
基于Skyline的地下管线三维可视化系统的研究
这是一篇关于Skyline,参数化建模,空间分析,三维GIS的论文, 主要内容为地下管线是城市基础设施中重要的组成部分,在城市规划、建设、管理中占有不容忽视的地位。通过对管线信息管理系统建设现状分析,虽然大部分城市完成了管线信息管理系统的建设,但大多数以二维为主,三维场景展示效果较差,专业空间分析功能薄弱。管线管理部门各自为政,导致多方面管线信息不能共享。为解决以上问题,以Skyline平台为基础,采用C#开发语言,前端使用JavaScript脚本,以地上地下三维场景构建、管线模型参数化生产和三维空间分析功能实现为研究目标,做B/S架构的地下管线三维可视化系统的设计与研究。系统中三维场景构建将Skyline与倾斜摄影技术相结合实现地上地下一体化展示。针对传统管道建模方法不足,采用一种基于Skyline的三维管道参数化建模方法,结合第三方软件3D Max定制模型单元。即复杂模型手工干预事先建立管点、管段单元,简单模型根据空间拓扑关系自动生成,大大提高了管网模型生产效率。空间分析通过增加净距规则库和覆土深度规则库,实现排查违规管线;采用DEM网格划分算法,提高填挖方计算精度;采用多面体逼近球算法,构建三维点、线、面的缓冲区;采用深度优先遍历算法,最短时间内找到防止事故继续扩大化的相关设施等行业空间分析。地下管线三维可视化系统能够更加科学、准确的描述地下管线的空间位置关系。系统的空间分析功能为地下管线管理提供辅助决策支持,显著提升城市综合管理水平。
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