毕业论文：基于成像的热建模和汽车零部件建模的逆向工程个案研究

湖北汽车工业学院

HUBEI UNIVERSITY OF AUTOMOTIVE TECHNOLOGY

有热特性需求物件的虚拟建模取决于如组件的几何形状，材料特性，它所处的环境条件和尤其是在运转时组件的温度曲线/热模式等几个方面的特征。在基于此需求的研究中，我们提出了对汽车零部件虚拟原型建立热模型的数据采集方法。我们为有关三维几何的复原和测量数据采集过程中温度曲线的识别工具的应用对基于镜像的逆向工程流程做出了合理的诠释。此外，我们列出了热态模拟环境中深层次的逆向工程网格划分成果并且为匹配热成像序列进行了有限元仿真。我们现有汽车方面的经验可以用来解决热模拟的问题，也可以在计算机辅助设计（CAD）模块不可用的情况下验证虚拟汽车零部件。最后，我们从汽车零部件建模热成像的可实现性和局限性结束了我对这个方向的探索。
关键词：逆向工程；热成像;热模拟;汽车零部件
1． 介绍
自1980年以来计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM）的配合使用已经彻底改变了许多工程学科。CAD和CAM技术都能帮助设计师快速地从概念图纸或说明制作一个有形实体。我们可以从多年来几个不同制造商正在进行的设计中看出如何现有的/过时的CAD物体的难题也得到了解决
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消声器的热图像和在模拟环境下进行同样实验的热图像。我们在可核查热成像的虚拟模型中可以看到类似的热模式（彩色编码）。
把图插入
我们写这篇文章是为了拿我们在汽车方面的已有的经验与虚拟原型的汽车零部件的热模型做交流。以此目的在第2节，我们对实际建模和实体有限元模型仿真的理论背景做了回顾同时也阐述了热成像系统的基本原理。我们在逻辑上推理我们的方法并且标定了虚拟热建模系统的需求。实体三维网格划分也成了标定的模拟需求之一，我们通过使用3D激光测距扫描仪扫描逆向组件展示了我们的系统。在第3节将介绍有关与形状的保真度和降低适合热建模工具的复杂性元素模型的过程和逆向工程流程的理念。第4节中，我们总结了热数据采集的经验和汽车部件实体热模拟实验的结果。最后，我们将对延伸这项研究中所提及的观点做出结论同时对可能会限制我们研究方法的问题进行归档。
2.热建模和成像
我们想法的灵感是来自几个较早用热图像表现既定组件热模式的汽车零部件检测尝试。经过一段时间，汽车零部件的热图像分析在形式上已经改变，检查材料或位置等这些方面的潜在的异常相比于拆解和繁琐的故障排除过程减少了时间和体力工作浪费。图像分析从工业中流体流动的分析到正在设计中基于快速成型的复杂的散热组件的设计等的应用激发了我们探索的热情。
我们尝试使用可以拍摄图像的实时热性能来验证综合的虚拟热性能热模式的想法与Dai etal.(2004)论文中的结论不谋而合。他们的努力得到了回报并且他们实验性的结论为我们有关实体热图像和模拟热图像的比较做了铺垫。我们的工作在热性能仿真方面以及调查实验的可实现性和用测辐射热计获得实时热数据进行的汽车部件的热成像模拟局限性限时基本上遵循论文（Dai et al. 2004）。现在，我们将引进一些、针对综合汽车零部件热图像/热成像的热建模过程的基本原则，然后列出这一过程的各种要求。
热建模：通过长期热建模，我们得出结论在理解并且为物体的形状分配材料性能的过程中，运用这些专业知识和技能够减少热成像对初始化参数和求解热传导方程的影响。因此在热建模后，可以基于既定对象热的辐射特性实现热图像的合成 。例如，根据 (Lienhard et al.2004）中的公式：净热交换Qnet由两从一个特定角度观察非黑体的任意曲面间的辐射。

其中T1和T2是两个面的表面温度，F1-2是从表面一发射出来和表面二吸直接收并通过直接反射能量的比值，A1是面积，s是Stefan-Boltzmann辐射常数。辐射现象是一个非线性的过程，由于辐射热能发射与绝对温度的四次幂成正比。我们有必要引进辐射检视因素的概念来从一个特定的观点计算两表面间的辐射换（Ketkar1999年）。检视系数是用于辐射计算模型中每个元素强制转换的光线数量的估算。在我们所列举的例子中，被估算的检视系数的数量越多求解基于模型元素的数量用的时间就会越长。视图因数FIJ被定义为从i表面反射走的热能比投影在表面j上的比例，它可以用以下公式来体现。注意下角标！

其中A i和Aj是表面i和表面j的面积，Ui表示表面i与表面j与位置相关的法向量间的角度，UJ表示一个正常估测的长为R的线。我们对不同的角系数计算方法进行了探讨，例如，（Daurelle etal，1994年，Chai etal2001年，Schmidt 2004年）。我们将使用基于热分析的商用软件包MUSES（约翰逊1998）中相关的角系数。
2.1模拟的要求
在MUSES虚拟环境中的热图像模拟需要整合外界环境条件和实时的热性能以取得良好的效果。模拟方式的技巧和识别待进行分析完善组件的技巧，材料和热性能，几何学的熟练运用能力都是仿真需要的前提。掌握这些相关特性的知识有助于更好的获得正要进行分析的组件热性能。现在，我们要总结上述性能的要求。
A. 几何组件
迄今为止既定模型的几何图形是热建模的最重要的要求。“几何图形”一词是指CAD文件或实体装配中一组由顶点，曲线，曲面和固体等不同的特征的表示形式。三维网格，可以从CAD或其它3D建模工具生成，也可以通过逆向工程生成。创建热网格的过程是一项复杂的工作。我们需要用建模的专业知识和先进的工具，来对既定组件进行完美的三维网格划分。均匀的纵横比和均匀的法向量的网格划分可以更好地避免热流方向的影响。
此外，我们注意到仿真所需的时间是和网格的密度成正比的。过密的网 ……（未完，全文共4674字，当前仅显示2360字，请阅读下面提示信息。收藏《毕业论文：基于成像的热建模和汽车零部件建模的逆向工程个案研究》）