[发明专利]基于嵌套FFD控制体的几何外形曲面变形方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于嵌套FFD控制体的几何外形曲面变形方法和系统，所述几何外形曲面为航空航天飞行器、或船舶、或汽车的外形曲面。通过建立包围几何外形曲面整体变形区域的主FFD控制体和包围局部变形区域的子FFD控制体，采用嵌套FFD参数化方法，对局部几何外形进一步参数化，能够对几何外形曲面同时实现整体变形和局部变形。

技术领域

本发明属于工程设计与优化技术领域，具体涉及一种基于嵌套FFD控制体的几何外形曲面变形方法和系统。

背景技术

近年来，自由变形方法(Free-form Deformation，FFD)以其简单灵活、易于保持外形的拓扑结构和光滑性等优点，被广泛应用于几何外形的优化设计过程中。FFD方法主要基于弹性物体受力变形的思想，将欲变形的几何外形数据点包络在一个FFD控制体当中，变形时改变控制体的形状，则控制体内的几何外形数据点同时发生相应的改变。该过程无需生成几何外形，不需要具备很强的几何知识储备，操作简单并具备较好的局部变形能力。如申请号为2019113511239的中国发明专利申请中公开了一种基于FFD方法的飞翼布局外形与网格一致性变形构造方法，其对飞翼外形的待变形网格区域构造控制框架，当控制框架进行变形时，对待变形网格区域进行变形，从而实现飞翼布局外形与网格一致变形构造。

对于飞机、船舶、汽车等几何外形，为了实现精细化优化设计，除了对整体外形进行变形外，还需要对局部几何进行额外的参数化变形，如对于翼身融合水下滑翔机外形，除了进行总体的变形外，还需对外形后缘控制面进行更精细变形。

发明内容

发明目的：针对现有技术中单一的控制框架无法实现局部变形优化的问题，本发明提供了一种基于嵌套FFD控制体的几何外形曲面变形方法和系统，能够对几何外形曲面同时实现整体变形和局部变形。

技术方案：本发明一方面公开了一种基于嵌套FFD控制体的几何外形曲面变形方法，所述几何外形曲面为航空航天飞行器、或船舶、或汽车的外形曲面；包括如下步骤：

S1、根据初始的几何外形曲面建立主FFD控制体B_g和子FFD控制体B_s；所述主FFD控制体B_g为包围所述几何外形曲面整体变形区域的控制体，所述子FFD控制体B_s为包围所述几何外形曲面局部变形区域的控制体；

S2、将子FFD控制体嵌入主FDD控制体中，计算子FFD控制体的控制点在主FDD控制体中的局部坐标；

S3、将几何外形曲面数据分别嵌入主FDD控制体和子FDD控制体中，计算所述几何外形曲面各数据点在主FFD控制体中的局部坐标，计算子FFD控制体内部的几何外形曲面局部变形区域数据点在子FFD控制体中的局部坐标；

S4、确定子FFD控制体边界处的固定控制点：

确定子FFD控制体与几何外形曲面整体变形区域的交界面，计算所述交界面与子FFD控制体外部的几何外形曲面数据点之间的最短距离，如果所述最短距离小于预设的距离阈值，则所述交界面上的控制点，以及与所述交界面相邻的控制点为固定控制点；

S5、当主FFD控制体的控制点移动时，所述几何外形曲面变形后的数据计算步骤包括：

S51、根据几何外形曲面各数据点在主FFD控制体中的局部坐标计算几何外形曲面数据整体变形区域的新坐标

S52、根据子FFD控制体的控制点在主FFD控制体中的局部坐标计算子FFD控制体中控制点的新坐标

S6、当子FFD控制体的非固定控制点移动时，根据所述非固定控制点的位移量计算所述子FFD控制体包围的几何外形曲面局部变形区域数据的新坐标。

进一步地，所述主FFD控制体B_g和子FFD控制体B_s均为基于B样条基函数，表述如下：