三维装配约束推理的球面几何和球面机构法

分析了装配姿态约束和位置约束的可解耦性,提出求解姿态约束的球面几何和球面机构法.将姿态约束的组合分为可操作和不可操作的情形,可操作的情形利用简单的球平面中平移、旋转和刚性变换推理,快速地判定冗余约束和求解约束;不可操作的情形利用球面四杆机构求解.该方法具有很强的几何解释性和可操作性,降低求解复杂度.该方法在自主研发的CAD浏览器系统InteVue中实现.     

通用几何约束系统统一建模研究

在几何约束和几何实体的基本约束和欧拉参数表达的基础上,研究了通用几何约束系统的统一建模问题。通过对三维几何实体姿态约束和位置约束解耦性的分析,抽象出球实体、盒体和球盒体三种基本几何实体表达空间几何实体,并以基本约束的组合表达几何约束,形成几何约束模型特有的层次结构;并以有向图管理几何约束系统,可以清晰地反映姿态约束和位置约束的解耦性,实现约束系统的细粒度分解,得到规模更小的求解序列,实现高效求解。方法实现于原型系统WhutVAS中。     

三维装配约束求解的解析方法

以往的三维约束求解都是沿用二维约束求解中的数值迭代算法。该文归纳了装配建模中常用的三条假设,并在此基础上提出了三维约束求解的解析方法,与数值解法相比,该方法不仅有清晰的几何意义,而且能大大提高求解效率。     

三维几何约束的球面几何求解

研究了球面几何学在三维几何约束求解中的应用，提出了球面求解法．该方法建立在姿态约束与位置约束解耦的基础上，并以求解关键的姿态约束为主，一旦姿态约束被解出，则位置约束很容易求解；同时将表征刚体姿态的矢量映射到球平面上的点，将姿态约束映射为球平面上两点的距离，借助球面几何的知识，能够高效、直观地推理出多数情况下姿态约束的解析解，而特殊的情况则结合数值法求解，并很好地解决了数值法的初值问题．     

与历史无关的三维参数化模型构造方法

针对解析曲面构成的B-rep模型，提出了一种陈述性三维几何约束模型的构造方法．基于位置和姿态自由度解耦思想给出了几何实体的外形描述，借助空间矢量正交或平行条件定义了基本约束单元，并推导出常见工程约束的代数方程．讨论了陈述式约束模型自动构造过程，开发了三维模型变形设计原型系统，并验证该方法的可行性。     

一类闭环约束的装配约束问题求解

分析了一种可以拆分为等价的开环约束的装配闭环约束问题.给出了等价性的定义,并提出一种该类闭环约束拆分为等价开环约束的方法.首先确定装配几何约束图上的闭环,然后对该闭环利用自由度归约加扰动判定是否从某一条边拆开.该方法能够较好的简化CAD软件中用户添加的装配约束,避免了因闭环约束造成的求解复杂度增加的情况,同时可以更好的表达实际装配的过程.     

基于约束的装配体位置描述及求解

装配体设计是计算机辅助设计(CAD)的一个重要组成部分,本文就装配体设计中装 配体位置的描述及自动求解这两个关键问题进行了深入的探讨,提出了基于约束的装配体 相互位置关系的描述方法及自动求解算法.同时本文首次引入奇异矩阵的方法,较好地解决 了装配体位置的约束冗余、约束不足以及病态矩阵的问题.     

面向集成变量化设计的三维几何约束求解方法

针对集成变量化设计中三维几何约束和装配几何约束的混合建模与求解问题,提出改进的有向图方法.该方法采用几何约束的基本约束表达和几何实体的抽象对偶实体表达,引入定向弧表达实体之间的内在依赖关系建立混合几何约束有向图模型;结合约束有向图的优化处理,实现了几何约束系统的细粒度分解和高效并行求解.最后用实例验证了文中方法的正确性和有效性.     

三维装配几何约束闭环系统的递归分解方法

由于现有几何约束分解方法无法分解三维装配几何约束闭环系统,故常采用数值迭代方法对其进行求解,但存在效率低、稳定性差等问题.为此,通过分析几何约束闭环图的拓扑结构和串联运动链的结构约束,提出基于串联运动链结构约束等价替换的三维几何约束闭环系统的递归分解方法.该方法通过不断地引入几何约束组合等价替换串联运动链的结构约束,从几何约束闭环系统中分离出可独立求解的子系统,实现几何约束闭环系统的递归分解.该方法可将此前许多必须整体迭代求解的三维几何约束闭环系统分解为一系列可解析求解的2个刚体之间的几何约束系统,明显提高了约束求解的效率和稳定性.最后用实例验证了方法的正确性和有效性.     

特征向量变换求解装配约束的表示方法

基于装配零件的匹配特征的解析求解方法,利用装配特征的特征向量之间转换来确定零件之间的装配方向和相互位置关系．分析了平面之间共面、角度和平行约束,圆柱面之间同轴约束和圆锥面之间的重合等约束关系;并对几种常用的装配约束关系进行归类,给出了求解旋转矩阵和平移矩阵的统一的求解方法．文中方法同样适用于装配特征与装配体全局坐标轴倾斜情况．应用实例验证了该方法的有效性．     

Geometric constraint solving with conics and linkages

Most geometric construction methods of geometric constraint solving systems use line and circle (rule and compass) as basic drawing tools. In this paper, by introducing conics and linkages, we provide a set of complete drawing tools for the construction approach of geometric constraint solving. Using these tools, we may enlarge the drawing scope of the construction approach and still keep the elegant style of geometric solutions to geometric constraint solving. As applications, we obtain pure geometric solutions to three sets of well-known constraint problems: the 10 Apollonian drawing problems, the 13 cases of a smallest tri-connected constraint graph, and constraint problems with distance constraints only.     

用圆锥曲线求解几何约束问题

几何约束求解广泛应用于机械设计,化学分子形成,几何定理证明和勘探等诸多领域,用于求解几何约束问题主要有3种方法：数值方法,符号方法和构造法,构造法用于具有简单易行的特点,因此被大多数的参数化机械设计系统作为求解几何约束问题的基本方法,针对构造法中只采用直线和圆,即直尺和圆规,来作为基本的作图工具,引进了一种新的作图工具,圆锥曲线,并且证明了在引进圆锥曲线以后,作图的范围明显大于只用直尺和圆规作图的范围;证明了一个图形能用圆锥曲线作出的充分必要条件是这个图形可以用一个三角化的次数小于等于4的方程组来描述;由于三次和四次方程的解可以显式地表示出来,所以引进圆锥曲线作为一个新的作图工具仍然可以保持原来尺规作图的简洁性和完整性。     

三维几何约束系统的等价性分析

针对过约束、完整约束和欠约束三维几何约束系统的求解问题,提出了等价性分析方法.该方法基于三维几何约束系统的内在等价性,充分挖掘几何领域知识,依据拆解约束闭环、缩减约束闭环和析出约束闭环等原则,采用等价约束替换来处理几何约束闭环问题,优化几何约束图的结构,实现几何约束系统的优化分解.最后用多个实例验证了该方法的正确性和有...     

Elimination of Constraint Violation and Accuracy Aspects in Numerical Simulation of Multibody Systems

Multibody systems are often modeled as constrained systems, and theconstraint equations are involved in the dynamics formulations. To makethe arising governing equations more tractable, the constraint equationsare differentiated with respect to time, and this results in unstablenumerical solutions which may violate the lower-order constraintequations. In this paper we develop a methodology for numerically exactelimination of the constraint violations, based on appropriatecorrections of the state variables (after each integration step) withoutany modification in the motion equations. While the elimination ofviolation of position constraints may require few iterations, theviolation of velocity constraints is removed in one step. The totalenergy of the system is sometimes treated as another measure of theintegration process inaccuracy. An improved scheme for one-stepelimination of the energy constraint violation is proposed as well. Theconclusion of this paper is, however, that the energy conservation is ofminor importance as concerns the improvement of accuracy of numericalsimulations. Some test calculations are reported.