三维体积成形过程有限元模拟可视化技术研究与软件开发

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1、三维体积成形过程有限元模拟可视化技术研究与软件开发摘要在我国以技术进步、科技创新为中心的现代化建设的进程中，以计算机辅助设计／制造／工程分析(CAD／CAM／cAE)为代表的先进技术在制造业中已成为最为活跃的部分。随着计算机软硬件技术的发展以及金属塑性成形理论的日臻完善，使得金属塑性成形过程的三维有限元数值模拟成为现实，利用数值模拟方法，可以方便地确定整个成形过程的细节问题，为工艺设计和模具优化提供强有力的支持。在有限元数值模拟系统中，前后处理技术也是整个分析系统的重要组成部分。目前二维数据场可视化技术发展比

2、较成熟，已经在有限元计算处理以及各种工程软件中得到了广泛的应用。而三维数据场的可视化方法，由于三维实体有限元模型和网格的不规则性，许多方法很难满足有限元应用软件的要求，特别是对于三维八节点六面体网格的可视化研究，目前仍待进一步完善，因此开展三维体积成形过程有限元可视化技术研究与相关软件开发，对于提升我国的软件开发水平具有重要意义。本文重点对基于六面体网格的三维模拟结果的显示消隐处理、等值线算法、剖切算法及剖切后各场量值的可视化技术进行了深入研究。利用OpenGL通过先“面绘制”后“线绘制”和多边形偏移技术实现

3、了三维六面体网格的动态消隐，使得变形后的网格在屏幕上显示更加快速清楚，具有立体效果；利用OpenGL本身具有的颜色均匀过渡的能力实现了彩色云图的成功绘制；利用几何处理管道技术和坐标逆变换将屏幕二维坐标转换成物体实际坐标，然后构造剖切面，实现了三维实体的任意剖切，用户可以清晰方便地观察工件内部的物理量分布及变化趋势；在三维等值线生成算法中通过增加“虚节点”的方法，无论是表面四边形还是任意剖面上的多边形均转化为三角形后再在此基础上生成等值线，该算法具有原理简单、编程方便、显示准确的特点，对于其它类型网格的有限元后

4、处理技术也具有一定的指导意义．基于对可视化技术的研究，作者结合计算机图形学等知识，在Windows摘要环境下，利用VisualC++集成开发环境和OpenGL图形接口独立开发了三维金属体积成形数值模拟系统CASFOEM-3D的前后处理模块，该系统界面友好，可视化程度高。前处理模块完成各种控制参数的方便输入，自动完成三维六面体网格的划分和再划分；有限元模拟精度高，自动进行网格重划判断和新旧网格之间的物理量传递过程。后处理模块功能丰富，主要包括三维动画网格变形图、应力与应变等值线和彩色云图、速度矢量图和载荷行程曲

5、线的显示等，可以对锻造、挤压等金属塑性成形过程进行模拟和结果显示。模拟II关键词：可视化技术，界面开发，六面体网格，剖切面，等值线，有限元RESEARCHONCOMPUTERVISUALIZATIONTECHNOLOGIESANDSOFTWAREDEVELOPMENTINTHREE．DIMENSIONALFINITEELEMENTBASEDNUⅣ匝R【CALSIMULATIONSYSTEMFORBULKMETALFORM田、iGPROCESSESABSTRACTIntheCOUI'辩ofindnstrymod

6、ernization,progressintechnologyandinnovationinsciencearethethemeofthiscourse．Theadvancedmanufacturingtechnologyrepresentedbycomputeraideddesign／manufacture／engineering，isthemostactivepartinfieldsofapplicationandacademicresearch．Wimthedevelopmentofcomputerte

7、chnologyandthemetalformingtheory,the3-DFEM(FiniteElementMethod)basednumericalsimulationformetalformingprocessesCanberealizedoneompnter．ThedetailedinformationinthemetalformingprocessesCallbeobtainedthroughthenumericalsimulation．Itgivesapowerfultoolormeansfor

8、theoptimizationofprocessdesignanddiedesignillbulkmetalforming．Pre-processorandpost-processorarethemostimportantpartsiIlFEMsimulationsystem．Today,althoughtwo·dimensionalvisualizationalgorithmshavebeenwi