[發明專利]一種基于曲率法的熔模鑄件型殼三維實體網格生成方法

在審

• 申請號: 202310024321.4
• 申請日: 2023-01-09
• 公開（公告）號: CN116127638A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 官邦;汪東紅;疏達;孫寶德;丁正一;崔加裕
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06T17/20;G06F119/08;G06F119/14;G06F119/18;G06F113/22
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀;禹雪平

本發明提供一種基于曲率法的熔模鑄件型殼三維實體網格生成方法，包括：在三維制圖軟件中設計熔模鑄件的幾何模型，導出三角面網格格式的STL文件，計算所有節點的法向量；用型殼的三角面網格代替實際型殼，計算出型殼所有節點主曲率極大值并獲取對應的型殼厚度，構建曲率和厚度之間的函數關系；將函數關系應用到新的鑄件上，計算鑄件表面點云法向量，并確定型殼所有節點在法向量方向偏移距離T后的節點坐標，獲得型殼外表面的點云；將鑄件的網格節點作為型殼內表面，結合型殼外表面的點云，采用delaunay三角剖分方法獲得熔模鑄件的三維實體網格。本發明能夠更加準確地進行鑄件成形過程溫度場和應力場模擬。

技術領域

本發明涉及熔模鑄造技術領域，具體地，涉及一種基于曲率法的熔模鑄件型殼三維實體網格生成方法。

背景技術

熔模鑄造工藝是制造高溫合金熱端零部件如機匣、葉片的主要技術，型殼制備是其流程中重要的一個工序，在這類鑄件鑄造生產過程中，型殼的厚度并不是均勻的，其影響了型殼的力學性能，傳熱過程的熱通量。熔模鑄造數值模擬能很好的指導鑄件澆注系統設計、型殼與合金之間的力學行為、鑄件對環境的散熱過程。而如何對型殼實體進行準確的三維數字模型構建是困難的，設計成一致的壁厚則帶來一定的誤差。一個較好的方法是利用三維掃描技術對型殼實體進行重構，但是這個過程是非常復雜，需要對每一個新的鑄件設計進行型殼掃描，無法很好的推廣和泛化。目前，雖然ProCAST軟件中具有生成型殼網格的功能，并且可以設置不同厚度和不同層數，但是其具體算法和準確性并沒有說明。熔模鑄件型殼在不同的結構處具有不同的曲率，根據曲率推導出當前位置的型殼生成厚度，可以快速，高效的建立更接近實際的型殼三維模型。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于曲率法的熔模鑄件型殼三維實體網格生成方法。

型殼制備的過程包括沾漿、淋砂、干燥、硬化的一層層重復過程，在這個過程中型殼的厚度不斷變厚，但是由于曲率的影響，在凹面中會沾上更多的漿料和石英砂，在凸面中則更少。這導致生成的型殼中，如澆注系統連接處的凹面厚度大于平均厚度，而凸面直角邊處的型殼厚度小于平均厚度。實際的型殼厚度與曲率存在一定的關系，構建型殼厚度與曲率的函數關系有助于更準確的鑄件溫度場、應力場模擬計算，從而提高鑄件質量。

根據本發明的一個方面，提供一種基于曲率法的熔模鑄件型殼三維實體網格生成方法，該方法包括：

在三維制圖軟件中設計熔模鑄件的幾何模型，導出三角面網格格式的STL文件，計算所有節點的法向量；

用型殼的面網格代替實際型殼實體，計算出型殼所有節點主曲率極大值并獲取對應的型殼厚度，構建曲率和厚度之間的函數關系；

將所述函數關系應用到新的鑄件上，計算鑄件表面點云法向量，并確定型殼所有節點在法向量方向偏移距離T后的節點坐標，獲得型殼外表面的點云；

將鑄件的網格節點作為型殼內表面，結合型殼外表面的點云，采用delaunay三角剖分方法獲得熔模鑄件的三維實體網格。

進一步地，所述用型殼的面網格代替實際型殼實體，包括：根據三角面網格格式的STL文件，在ProCAST軟件中生成型殼，提取出型殼的三角面網格代替實際型殼。

進一步地，所述用型殼的面網格代替實際型殼實體，包括：利用三維掃描儀測量獲得型殼內外表面的點云，并劃分面網格。

進一步地，所述計算出型殼所有節點主曲率極大值并獲取對應的型殼厚度，其中：主曲率極大值的計算公式為k＝y”/[(1+(y')^2)^(3/2)]，其中，k為主曲率極大值，y'、y分別為函數y對x的一階和二階導數。

進一步地，所述計算出型殼所有節點主曲率極大值并獲取對應的型殼厚度，其中：型殼厚度計算按以下步驟進行：

提取出鑄件表面的STL文件和型殼整體的STL文件；