Εξέλιξη μεθοδολογιών μορφοποίησης μοντέλων ανάλυσης κατασκευών και διαδικασίας βελτιστοποίησής τους μετά τη μορφοποίηση

Abstract

The goal of this dissertation is to examine the implementation of morphing, as it is known in the world of computer graphics, in mechanical constructions models that are built with finite elements. Τhis idea came up from the analysts engineers' need, for a tool that will allow them to apply modifications directly into the finite elements mesh, in order to improve the geometry of their models, thus minimizing the need to use drawing data. Most known morphing methodologies were developed and applied, based on this framework, while a great deal of organization and functionality problems of this process, were conformed. Emphasis was given in morphing complicated structures, like those of car bodies. Solutions that reassure the re-usability of this process as well as the utilization of its parametric possibilities were introduced and the cooperation with an optimization system was achieved. Finally, a significant part of this dissertation was devoted in the development of an automated method to improve and correct the morphed mesh quality. This stage is essential for the creation of good and solvable models, while a necessary requirement is the recognition and the preservation of the most important model features. The use of morphing as a modification tool, inside a preprocessing system, can reduce the optimization time of a virtual prototype and significantly speed up the developing cycle of a structure.

Στόχος της παρούσας διατριβής είναι η διερεύνηση της εφαρμογής της μορφοποίησης, όπως αυτή είναι γνωστή από τον χώρο των γραφικών των υπολογιστών, σε μοντέλα μηχανολογικών κατασκευών που είναι δομημένα με πεπερασμένα στοιχεία. Αυτή η ιδέα προέκυψε από την ανάγκη των αναλυτών μηχανικών για ένα εργαλείο που θα τους επιτρέψει να εφαρμόζουν τροποποιήσεις απευθείας πάνω στο πλέγμα των πεπερασμένων στοιχείων, με σκοπό τη βελτίωση της γεωμετρίας των μοντέλων τους, ελαχιστοποιώντας έτσι την αναγκαιότητα χρήσης σχεδιαστικών δεδομένων. Βασισμένες σε αυτό το πλαίσιο εργασίας εφαρμόστηκαν και εξελίχθηκαν οι πιο γνωστές μεθοδολογίες μορφοποίησης, ενώ συγχρόνως αντιμετωπίστηκαν τα σημαντικότερα οργανωτικά και λειτουργικά προβλήματα αυτής. Έμφαση δόθηκε στη μορφοποίηση περίπλοκων κατασκευών, όπως τα αμαξώματα οχημάτων. Σε αυτά δόθηκαν λύσεις που εξασφαλίζουν την επαναχρησιμοποίηση της διαδικασίας, καθώς, και την εκμετάλλευση των παραμετρικών δυνατοτήτων της, ενώ επετεύχθη η συνεργασία με συστήματα βελτιστοποίησης. Τέλος, σημαντικό μέρος της διατριβής αφιερώθηκε στην ανάπτυξη μιας αυτόματης μεθόδου βελτίωσης και διόρθωσης της ποιότητας του μορφοποιημένου πλέγματος. Αυτό το στάδιο είναι απαραίτητο για τη δημιουργία καλών και επιλύσιμων μοντέλων, ενώ αναγκαία προϋπόθεση αυτού είναι η αναγνώριση και διατήρηση των βασικών χαρακτηριστικών του μοντέλου. Η χρήση της μορφοποίησης σαν ένα εργαλείο τροποποίησης, ενταγμένο σε ένα σύστημα προ-επεξεργασίας, μπορεί να μειώσει τον χρόνο βελτιστοποίησης των εικονικών πρωτοτύπων και να επιταχύνει σημαντικά τον κύκλο εξέλιξης μιας κατασκευής.