基于嵌套FFD控制体的几何外形曲面变形方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于嵌套FFD控制体的几何外形曲面变形方法和系统，所述几何外形曲面为航空航天飞行器、或船舶、或汽车的外形曲面。通过建立包围几何外形曲面整体变形区域的主FFD控制体和包围局部变形区域的子FFD控制体，采用嵌套FFD参数化方法，对局部几何外形进一步参数化，能够对几何外形曲面同时实现整体变形和局部变形。形和局部变形。形和局部变形。

【技术实现步骤摘要】
基于嵌套FFD控制体的几何外形曲面变形方法和系统


[0001]本专利技术属于工程设计与优化
，具体涉及一种基于嵌套FFD控制体的几何外形曲面变形方法和系统。

技术介绍

[0002]近年来，自由变形方法(Free
‑
form Deformation，FFD)以其简单灵活、易于保持外形的拓扑结构和光滑性等优点，被广泛应用于几何外形的优化设计过程中。FFD方法主要基于弹性物体受力变形的思想，将欲变形的几何外形数据点包络在一个FFD控制体当中，变形时改变控制体的形状，则控制体内的几何外形数据点同时发生相应的改变。该过程无需生成几何外形，不需要具备很强的几何知识储备，操作简单并具备较好的局部变形能力。如申请号为2019113511239的中国专利技术专利申请中公开了一种基于FFD方法的飞翼布局外形与网格一致性变形构造方法，其对飞翼外形的待变形网格区域构造控制框架，当控制框架进行变形时，对待变形网格区域进行变形，从而实现飞翼布局外形与网格一致变形构造。
[0003]对于飞机、船舶、汽车等几何外形，为了实现精细化优化设计，除了对整体外形进行变形外，还需要对局部几何进行额外的参数化变形，如对于翼身融合水下滑翔机外形，除了进行总体的变形外，还需对外形后缘控制面进行更精细变形。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对现有技术中单一的控制框架无法实现局部变形优化的问题，本专利技术提供了一种基于嵌套FFD控制体的几何外形曲面变形方法和系统，能够对几何外形曲面同时实现整体变形和局部变形。<br/>[0005]技术方案：本专利技术一方面公开了一种基于嵌套FFD控制体的几何外形曲面变形方法，所述几何外形曲面为航空航天飞行器、或船舶、或汽车的外形曲面；包括如下步骤：
[0006]S1、根据初始的几何外形曲面建立主FFD控制体B
g
和子FFD控制体B
s
；所述主FFD控制体B
g
为包围所述几何外形曲面整体变形区域的控制体，所述子FFD控制体B
s
为包围所述几何外形曲面局部变形区域的控制体；
[0007]S2、将子FFD控制体嵌入主FDD控制体中，计算子FFD控制体的控制点在主FDD控制体中的局部坐标；
[0008]S3、将几何外形曲面数据分别嵌入主FDD控制体和子FDD控制体中，计算所述几何外形曲面各数据点在主FFD控制体中的局部坐标，计算子FFD控制体内部的几何外形曲面局部变形区域数据点在子FFD控制体中的局部坐标；
[0009]S4、确定子FFD控制体边界处的固定控制点：
[0010]确定子FFD控制体与几何外形曲面整体变形区域的交界面，计算所述交界面与子FFD控制体外部的几何外形曲面数据点之间的最短距离，如果所述最短距离小于预设的距离阈值，则所述交界面上的控制点，以及与所述交界面相邻的控制点为固定控制点；
[0011]S5、当主FFD控制体的控制点移动时，所述几何外形曲面变形后的数据计算步骤包
括：
[0012]S51、根据几何外形曲面各数据点在主FFD控制体中的局部坐标计算几何外形曲面数据整体变形区域的新坐标
[0013]S52、根据子FFD控制体的控制点在主FFD控制体中的局部坐标计算子FFD控制体中控制点的新坐标
[0014]S6、当子FFD控制体的非固定控制点移动时，根据所述非固定控制点的位移量计算所述子FFD控制体包围的几何外形曲面局部变形区域数据的新坐标。
[0015]进一步地，所述主FFD控制体B
g
和子FFD控制体B
s
均为基于B样条基函数，表述如下：
[0016]B
g
:
[0017]B
s
:
[0018]其中N
i,p
(
·
)、N
j,p
(
·
)、N
k,p
(
·
)、N
l,p
(
·
)、N
m,p
(
·
)、N
n,p
(
·
)分别表示参数化空间中各维度上的p阶B样条函数；G
i,j,k
和L
l,m,n
分别为主FFD控制体和子FFD控制体的控制点在笛卡尔坐标系中的坐标；gu,gv,gw分别为主FFD控制体在笛卡尔坐标系中各坐标轴方向的控制点数量；lu,lv,lw分别为子FFD控制体在笛卡尔坐标系中各坐标轴方向的控制点数量。
[0019]所述步骤S51中，几何外形曲面数据整体变形区域的新坐标为：
[0020][0021]其中为主FFD控制体的控制点移动后的坐标；(u
g,n
,v
g,n
,w
g,n
,)为几何外形曲面数据点{A
n
|n＝0,1,
…
,N}在主FFD控制体中的局部坐标，N为几何外形曲面的数据点数量。
[0022]所述步骤S52中，子FFD控制体中控制点的新坐标为：
[0023][0024]其中为主FFD控制体的控制点移动后的坐标，为子FFD控制体的控制点在主FFD控制体中的局部坐标。
[0025]进一步地，所述步骤S3中还包括：建立表示几何外形曲面数据{A
n
|n＝0,1,
…
,N}与子FFD控制体位置关系的标识符S
n
，如果几何外形曲面数据A
n
位于子FFD控制体内，S
n
＝1；否则S
n
＝0。
[0026]进一步地，所述步骤S6具体为：当子FFD控制体的非固定控制点移动时，所述子FFD控制体包围的几何外形曲面局部变形区域进行变形，所述几何外形曲面局部变形区域数据的空间坐标改变量为：
[0027][0028]其中(u
s,n
,v
s,n
,w
s,n
)为几何外形曲面局部变形区域数据点在子FFD控制体中的局
部坐标；
[0029]L
′
l,m,n
和L
′
l,m,n
分别为子FFD控制体的非固定控制点移动前和移动后的坐标。
[0030]所述几何外形曲面局部变形区域数据点在变形后的坐标为：A
″
n
″
＝A
′
n
+ΔA
n
[0031]其中A
′
n
和A
″
n
分别为子FFD控制体的非固定控制点移动前和移动后几何外形曲面局部变形区域数据的空间坐标。
[0032]作为优选，所述几何外形曲面为船舶外形曲面，所述主FFD控制体为包围整船的控制体，所述子FFD控制体为包围船艏球鼻艏或船艉的的控制体。
[0033本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于嵌套FFD控制体的几何外形曲面变形方法，所述几何外形曲面为航空航天飞行器、或船舶、或汽车的外形曲面；其特征在于，包括：S1、根据初始的几何外形曲面建立主FFD控制体B
g
和子FFD控制体B
s
；所述主FFD控制体B
g
为包围所述几何外形曲面整体变形区域的控制体，所述子FFD控制体B
s
为包围所述几何外形曲面局部变形区域的控制体；S2、将子FFD控制体嵌入主FDD控制体中，计算子FFD控制体的控制点在主FDD控制体中的局部坐标；S3、将几何外形曲面数据分别嵌入主FDD控制体和子FDD控制体中，计算所述几何外形曲面各数据点在主FFD控制体中的局部坐标，计算子FFD控制体内部的几何外形曲面局部变形区域数据点在子FFD控制体中的局部坐标；S4、确定子FFD控制体边界处的固定控制点：确定子FFD控制体与几何外形曲面整体变形区域的交界面，计算所述交界面与子FFD控制体外部的几何外形曲面数据点之间的最短距离，如果所述最短距离小于预设的距离阈值，则所述交界面上的控制点，以及与所述交界面相邻的控制点为固定控制点；S5、当主FFD控制体的控制点移动时，所述几何外形曲面变形后的数据计算步骤包括：S51、根据几何外形曲面各数据点在主FFD控制体中的局部坐标计算几何外形曲面数据整体变形区域的新坐标S52、根据子FFD控制体的控制点在主FFD控制体中的局部坐标计算子FFD控制体中控制点的新坐标S6、当子FFD控制体的非固定控制点移动时，根据所述非固定控制点的位移量计算所述子FFD控制体包围的几何外形曲面局部变形区域数据的新坐标。2.根据权利要求1所述的几何外形曲面变形方法，其特征在于，所述主FFD控制体B
g
和子FFD控制体B
s
均为基于B样条基函数，表述如下：均为基于B样条基函数，表述如下：其中N
i,p
(
·
)、N
j,p
(
·
)、N
k,p
(
·
)、N
l,p
(
·
)、N
m,p
(
·
)、N
n,p
(
·
)分别表示参数化空间中各维度上的p阶B样条函数；G
i,j,k
和L
l,m,n
分别为主FFD控制体和子FFD控制体的控制点在笛卡尔坐标系中的坐标；gu,gv,gw分别为主FFD控制体在笛卡尔坐标系中各坐标轴方向的控制点数量；lu,lv,lw分别为子FFD控制体在笛卡尔坐标系中各坐标轴方向的控制点数量。3.根据权利要求2所述的几何外形曲面变形方法，其特征在于，所述步骤S51中，几何外形曲面数据整体变形区域的新坐标为：其中为主FFD控制体的控制点移动后的坐标；(u
g,n
,v
g,n
,w
g,n
,)为几何外形曲面数据点{A
n
|n＝0,1,
…
,N}在主FFD控制体中的局部坐标，N为几何外形曲面的数据点数量。
4.根据权利要求2所述的几何外形曲面变形方法，其特征在于，所述步骤S52中，子FFD控制体中控制点的新坐标为：其中为主FFD控制体的控制点移动后的坐标，为子FFD控制体的控制点在主FFD控制体中的局部坐标。5.根据权利要求1所述的几何外形曲面变形方法，其特征在于，所述步骤S3中还包括：建立表示几何外形曲面数据{A
n
|n＝0,1,
…
,N}与子FFD控制体位置关系的标识符S
n
，如果几何外形曲面数据A
n
位于子FFD控制体内，S
n
＝1；否则S
n
＝0。6.根据权利要求2所述的几何外形曲面变形方法，其特征在于，所述步骤S6具体为：当子FFD控制体的非固定控制点移动时，所述子FFD控制体包围的几何外形曲面局部变形区域进行变形，所述几何外形曲面局部变形区域数据的空间坐标改变量为：其中(u
s,n
,v

【专利技术属性】
技术研发人员：张代雨，张曼玉，朱信尧，韩超帅，王加夏，鲍超明，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：