【摘 要】
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工业计算机断层成像（Computed Tomography,CT）技术可无损地展现工件内外结构,对解决具有复杂内腔结构工件在逆向设计与再制造工程中的难题有不可替代的作用。将工业CT图像转化为有限元模型进行分析,能对被测工件的优化设计、质量评估、寿命预测和再制造工序确定提供有力的技术支撑。在有限元分析中,四边形单元是重要的二维有限元单元,被广泛应用于结构、流体等领域的数值分析中。但工业CT图像数据生
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目（52075057）； 贵州红林机械有限公司委托项目:基于工业CT图像的工件再制造与优化分析；
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工业计算机断层成像（Computed Tomography,CT）技术可无损地展现工件内外结构,对解决具有复杂内腔结构工件在逆向设计与再制造工程中的难题有不可替代的作用。将工业CT图像转化为有限元模型进行分析,能对被测工件的优化设计、质量评估、寿命预测和再制造工序确定提供有力的技术支撑。在有限元分析中,四边形单元是重要的二维有限元单元,被广泛应用于结构、流体等领域的数值分析中。但工业CT图像数据生成四边形网格多是通过CAD模型间接实现,使用工业CT图像数据直接生成四边形网格的研究很少。基于以上问题,本文结合有限元技术与工业CT技术,提出了一种从工业CT图像生成二维四边形网格的方法,以实现产品在特定断面或局部的有限元分析。主要研究内容如下:（1）提出了基于四叉树的CT图像网格划分方法。首先利用平衡四叉树特点将内部区域划分成带有悬挂节点的网格;然后对内部网格悬挂节点链相交情况进行分析处理;最后使用模板对处理后的悬挂节点链进行处理,消除内部悬挂节点。（2）为确保边界单元的准确性,提出一种准确生成边界单元的方法。首先结合最小化二次误差函数与Bezier曲线完成边界节点的准确点位。然后使用提出的节点连接方法完成边界单元的生成。（3）为提高四边形网格的单元质量,本文结合几何法与拓扑法对网格进行优化。首先对边界单元进行针对性的拓扑优化;然后使用几何法对整体网格进行优化;最后使用四边形单元质量评价指标对生成的网格进行质量评价。（4）在ANSYS中对本文生成网格的有效性与正确性进行了验证;本文提出的方法已经应用于具有内腔结构铸件的逆向优化设计中。
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