[發明專利]柔性電纜變形仿真方法

在審

• 申請號: 201410725250.1
• 申請日: 2014-12-04
• 公開（公告）號: CN105718613A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 周來;高森;鄭丹力;吳鈞;李宇;鄒詩苑
• 申請（專利權）人: 上海機電工程研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 徐鈁

技術領域

本發明涉及武器系統虛擬裝配設計領域，具體涉及一種柔性電纜變形仿真方法。

背景技術

電纜作為導彈武器系統的神經，是傳輸電氣以及通訊信號的重要元器件。現有的商業化計算機輔助設計軟件，只能將柔性電纜視為剛體，缺少柔性電纜建模方法和支持電纜動態實時調整的模塊，導致只能通過加工實際的導彈物理樣機，供工藝人員進行反復試安裝，將試安裝信息反饋給設計人員完成初始設計修改。由于現有技術中電纜設計無法實現實時交互式設計，無法脫離實際物理樣機上的反復試安裝，從而導致產品研發周期和成本大幅增加。

發明內容

本發明的目的在于提供一種柔性電纜變形仿真方法，可在虛擬裝配環境中對電纜進行實時交互式動態調整，避免電纜設計中實際物理樣機上的反復試安裝，從而節省產品研發周期和成本。

為了達到上述的目的，本發明提供一種柔性電纜變形仿真方法，包括：

1）采用管理屬性、顯示屬性和力學屬性描述電纜；

顯示屬性，采用面片層、截面層和分支層構成的層次結構顯示電纜；面片層，以三角面片為基本單元；截面層，以三角面片組成的圓柱面為基本單元；分支層，通過圓柱面端截面相連接而成；

力學屬性，采用彈簧質點模型描述電纜受力變形特性；

質點的運動位移和速度由如下微分方程確定：

式中，質點為端截面圓心，為質點所受的內力，為質點所受的外力，為質點的質量；

其中，，為彈簧的彈性系數，和分別為質點和質點的位置向量，為彈簧的原長，表示彈簧力的單位矢量，為阻尼器的阻尼系數，和分別為質點和質點的速度向量，為與質點相連的質點數目；

，為模擬操作力的彈簧的彈性系數，和分別為拖拽電纜過程中鼠標的前、后位置；

使用歐拉積分法對上述微分方程進行求解，獲得電纜變形后質點在三維空間的位置以及速度；

2）根據管理屬性、顯示屬性和力學屬性之間的映射關系，實現電纜的變形顯示；

根據變形前后質點位置計算平移量，根據計算旋轉量，得到變形前后質點所在端截面頂點的空間位置變換矩陣，和分別為變形前后質點所在端截面的法向矢量；根據空間位置變換矩陣完成面片層三角面片的更新，從而實現電纜的變形顯示。

上述柔性電纜變形仿真方法，其中，所述管理屬性包括電纜基本信息和接插件信息。

上述柔性電纜變形仿真方法，其中，所述電纜基本信息中電纜材質決定了力學屬性中的質點彈簧系數、和。

上述柔性電纜變形仿真方法，其中，所述顯示屬性還包括電纜的幾何信息以及拓撲信息。

本發明的柔性電纜變形仿真方法采用面片層、截面層和分支層構成的層次結構顯示電纜，并利用力學屬性與顯示屬性之間的映射關系實現電纜的變形顯示，從而實現了虛擬裝配環境中電纜實時動態調整，這就避免了電纜設計中實際物理樣機上的反復試安裝，節省了產品研發周期和成本。

附圖說明

本發明的柔性電纜變形仿真方法由以下的實施例及附圖給出。

圖1是本發明的柔性電纜變形仿真方法的示意圖。

圖2是本發明中管理屬性、顯示屬性和力學屬性示意圖。

圖3是本發明中連接兩個質點的彈簧–阻尼器示意圖。

圖4是本發明中彈簧質點系統中相鄰質點數目示意圖。

圖5是本發明中模擬操作力的彈簧系統示意圖。

圖6是本發明中電纜變形前后三角面片更新示意圖。

圖7是本發明中電纜操作方式示意圖。

具體實施方式

以下將結合圖1～圖7對本發明的柔性電纜變形仿真方法作進一步的詳細描述。

參見圖1，本發明的柔性電纜變形仿真方法包括：

1）采用管理屬性、顯示屬性和力學屬性描述電纜；

（1）管理屬性，指與電纜零件管理相關的信息，可以歸納為電纜基本信息和接插件信息；電纜基本信息包括電纜ID、電纜名稱、物理屬性、電氣屬性等，用于電纜的標識；接插件信息主要描述電纜零件所包含的接插件的信息，如接插件編號、型號、針數、端接方式和出線方式等；

一方面，管理屬性用于指導顯示屬性完成電纜及接插件的顯示效果；另一方面，管理屬性中的電纜基本信息將用于建立力學屬性中電纜受力變形模型；