专利名称：基于b样条的功能梯度材料零件建模方法
技术领域：
本发明为涉及功能梯度材料零件建模方法，具体为基于B样条的功能梯度材料零件材料建模方法。
背景技术：
功能梯度材料FGM(Functionally Gradient Materials)属于非均质材料，其材料组成要素呈梯度连续变化，使材料性质和功能也相应改变。功能梯度材料在机械性能、热力学性能和导电性等方面表现出优良的性质，甚至达到意想不到的效果，同时还克服了传统复合材料由于不同相的材料突变引起的应力集中以及非均勻热力学膨胀引起的性能不稳定等缺陷。因此，作为一种新型材料，广泛用于高效发动机、复合陶瓷涡轮、生物材料、工业模具等领域。随着功能梯度材料应用领域的不断扩展，功能梯度材料零件建模技术成为其设计方法与制造技术研究中亟待解决的基础性问题。按照建模理念和方法的区别，已有的功能梯度材料零件建模方法主要分为四类(1)基于rm-objeCt模型的功能梯度材料零件建模方法该方法用传统的边界表述方法描述零件几何信息，材料信息作为定义在几何空间上的丛空间存在，将零件的材料设计统一到其几何设计过程中。零件中的每个点P可表示为P (X e E3, V e vn)，三维几何空间E3中的点χ通过材料函数F(x)映射到材料空间Vn中，同时表征零件几何和材料特征。 该模型继承了传统CAD模型的成果，通用性好，存储需求少，便于实现，并且能与现存的CAD 模型相兼容，但该模型所定义的布尔运算不满足结合率，因此受造型顺序制约。(2)基于体素的功能梯度材料零件建模方法该方法在八叉树结构的基础上，将 CAD模型离散化为精确的26-邻接体素模型，计算材料组成采用了基于梯度源模型的方法。 该方法用体素表示模型，容易将CAD模型离散得到材料赋值单元节点，后续的物性计算很方便，而且每一个体素单元相互独立，可单独操作体素，因此可设计出更理想的材料。但是这种方法的缺点是数据量很大，计算效率低，而且几何设计和材料设计相互脱离，带来修改上的不便。(3)基于梯度源的功能梯度材料零件建模方法该方法把零件的几何元素(可以是点、线或面)作为梯度源，记录该梯度源下材料成分方程f(d)及材料数组M，其中材料成分方程f(d)是由各点到梯度源的垂直距离记录零件内部材料分布情况。最后对各梯度源进行布尔运算得到整个零件的CAD模型。该模型零件的材料数据独立于零件的几何数据， 而依赖于“梯度源”存在，因此在理想材料零件的设计过程中，可以在不改变零件几何形状的情况下很容易修改材料分布，但对于内部材料分布复杂的零件，多个梯度源的布尔运算较为复杂。(4)基于有限元网格离散化模型的功能梯度材料零件建模方法该方法把材料和几何设计相分离，首先用四面体单元对非均质零件的数学模型进行单纯剖分，记录其几何特征；对每个四面体单元，根据内部各点到边界的距离确定四个定点的材料值；最后用伯恩斯坦多相式计算出每个单元内部的材料分布特征。这种模型数据格式统一，处理简便而且便于利用均勻化理论对零件进行拓扑优化，得到最优材料分布特征。但这种模型的缺点是数据存储量巨大，系统开销较大。
发明内容
为了克服背景技术中所述算法几何设计和材料设计相互脱离、数据存储量巨大、 占用系统资源较多等问题，本发明提出基于B样条的功能梯度材料零件材料建模方法。具体技术方案如下B样条方法已被广泛用于计算机辅助设计和计算机图形学领域，B样条放样建模方法既可表示功能梯度材料零件的几何信息也可表达其材料信息。首先，实现功能梯度材料零件基于B样条方法的几何建模。给定η个控制顶点，利用控制顶点函数加权的线性组合，即可得到逐段插值的B样条曲线。
权利要求
1.功能梯度材料FGM(FunctionalIyGradient Material)零件建模技术包括几何建模和材料建模，其中材料建模是关键。B样条几何建模技术已广泛应用，将B样条扩展到材料建模领域则是一项创新技术。以B样条放样理论为基础，从线、面、体三个层次构建完整的功能梯度材料零件信息表述方法，实现功能梯度材料零件几何建模与材料建模的统一。
2.根据权利1所述的基于B样条的功能梯度材料零件材料建模方法，其特征为创新地将功能梯度材料零件的几何信息与材料信息相结合，利用B样条放样的方式构建并简洁的表达完整的几何以及材料信息。并可适应复杂模型，以及直观的完成模型的局部修改。
全文摘要
功能梯度材料FGM(Functionally Gradient Material)零件建模技术包括几何建模和材料建模，其中材料建模是关键。B样条几何建模技术已广泛应用，将B样条扩展到材料建模领域则是一项创新技术。以B样条放样理论为基础，从线、面、体三个层次构建完整的功能梯度材料零件信息表述方法，实现功能梯度材料零件几何建模与材料建模的统一。
文档编号G06F17/50GK102446229SQ20101050192
公开日2012年5月9日 申请日期2010年10月11日 优先权日2010年10月11日
发明者王彦, 王素 申请人:王彦, 王素