一種基於高斯曲率差值比的水火彎板曲面成形評價方法
2023-11-09 20:58:37 3
一種基於高斯曲率差值比的水火彎板曲面成形評價方法
【專利摘要】本發明公開一種基於高斯曲率差值比的水火彎板曲面成形評價方法，主要應用於造船行業中基於水火板技術的船體外板整體彎曲成型工藝，其主要包括以下步驟：（1）在成形板上隨機選點，並在標準板上找到與之相應的點；（2）分別求出成形板上點和標準板上對應點的高斯曲率；（3）計算出隨機選出的點的高斯曲率差值比，若高斯曲率差值比小於設定的閾值，則說明該點成形效果良好，成形板點與標準板點匹配成功；（4）計算出成形板上匹配成功的點數佔總點數的比重，完成曲面成形評價。本發明以成形曲面上點的高斯曲率為出發點，將成形曲面上點的高斯曲率與標準板上對應點的高斯曲率做差值進行對比，能有效的對水火彎板成形效果進行判斷和評價。此外，本發明不僅能用於評價水火彎板成形效果，也能用於一般曲面間的相似判定。
【專利說明】一種基於高斯曲率差值比的水火彎板曲面成形評價方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及大型複雜船體外板成形評價【技術領域】，特別涉及一種基於高斯曲率差值比的水火彎板曲面成形評價方法，主要應用於造船行業中基於向量斜率差值比率的船體外板曲面成形檢測、評價領域。
【背景技術】
[0002]水火彎板也稱線狀加熱成型(line heating或line heat of forming),它是一種利用金屬板局部受熱高溫冷卻後產生的局部熱彈塑性變形而達到整體彎曲的一種成型工藝。水火彎板成形工藝方法於二十世紀五六十年代起源於日本，由於加工快、操作靈活、不需要其他設備及適於複雜形狀的成形加工等優點，被迅速而廣泛應用於世界各地的船廠中，並成為了雙曲度外板的主要加工方式。目前幾乎所有的雙曲度船體外板都是採用水火彎板工藝形成的。
[0003]水火彎板加工成形後需要進行成形效果評價，以衡量燒制效果。現今，還沒有一個很好的船體外板燒制效果評判標準，多數船廠是依據燒板師傅的經驗來判定燒板成形是否合格。雖然此方法擁有一定的臨場判斷優勢，但卻沒有相關理論依據，沒有量化的標準，穩定性也不足，既不利於歸納總結，更不利於傳承和規模化發展。
【發明內容】
[0004]本發明針對水火彎板燒製成形效果難以量化判定和評價的難題，本發明提出一種基於高斯曲率差值比的水火彎板曲面成形評價方法，該方法利用高斯曲率反應曲面彎曲程度的性質，將之切實運用到水火彎板成形效果的判斷與評價中。
[0005]為達到以上目的，本發明的技術方案為:
[0006]一種基於高斯曲率差值比的水火彎板曲面成形評價方法，包括於以下步驟:
[0007](I)在成形板上隨機選點，並在標準板上找到與之相應的點；
[0008](2)分別求出成形板上的點和標準板上對應點的高斯曲率；
[0009](3)計算出隨機選出的點的高斯曲率差值比；
[0010](4)尋找匹配成功的點，計算出成形板上匹配成功的點數的與總點數比率，完成水火彎板曲面的成形評價。
[0011]優選的，曲面上一點的高斯曲率等於該點對應的主曲率的乘積，單位為I/長度2;曲面上各點均有唯一的法向量和多個切向量，法向量和不同切向量所確定的平面與該點所在曲面會有多條交線，每條交線有一個曲率，曲率中的最大值k_和最小值Iiniin為主曲率，則高斯曲率=kmax*kmino
[0012]優選的，曲線的曲率等於其密切圓半徑的倒數，所述曲線上某點的主曲率的獲取方式為:
[0013]曲線C上某點的法向量和其中一個切向量所確定的平面與該點所在曲面的交線確定點P為交點，曲線C在P點的密切圓為圓0，求出密切圓半徑為r，則P點的曲率為I/r ；
[0014]再重複求出其他切向量與法向量所確定的平面與點所在曲面的交線的曲率，找出曲率最大值kmax和曲率最小值kmin，則曲率最大值kmax和曲率最小值kmin為主曲率。
[0015]優選的，在步驟(3)中，高斯曲率差值比為成形板上點和標準板上對應點的高斯曲率差值的絕對值與標準板上對應點的高斯曲率的比值，即:
[0016]高斯曲率差值比=Λ高斯曲率/高斯曲率(WIM)
[0017]其中Λ高斯曲率為成形板上點與標準板上對應點的曲率差值的絕對值，即:
[0018]Λ高斯曲率=I高斯曲率(成形板點)-高斯曲率(標準板點)I。
[0019]優選的，在步驟(4)中，逐個計算成形板上所有點的高斯曲率差值比，取高斯曲率差值比率小於設定閾值(閾值一般選取為10%，即高斯曲率差值比〈10% )的點為合格點，即彎曲程度合格，該點匹配成功；再計算出匹配成功的點佔總點數的比重，即為整塊板的成形合格率，即成形合格率=匹配成功的點數/總點數。
[0020]與現有技術相比，本發明的有益效果為:本發明水火彎板曲面成形評價方法是從曲面論中最重要的內蘊幾何量-高斯曲率出發，充分利用高斯曲率反應曲面彎曲程度的性質，將之切實運用到水火彎板成形效果的判斷與評價中。此方法不僅能夠對水火彎板成形效果進行量化的判斷和評價，也能作為範本推廣至一般曲面的比較中應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為曲面交線示意圖；
[0022]圖2為曲線曲率求解示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發明做進一步的描述，但本發明的實施方式並不限於此。
[0024]本發明提供了一種基於高斯曲率差值比的水火彎板曲面成形評價方法，其包括以下步驟:
[0025](I)在成形板上隨機選點，並在標準板上找到與之相應的點；
[0026](2)分別求出成形板上的點和標準板上對應點的高斯曲率；
[0027]曲面上一點的高斯曲率等於主曲率的乘積，單位為I/長度2。如圖1所示，曲面上此點有唯一的法向量和多個切向量，法向量和不同切向量所確定的平面與該點所在曲面會有多條交線，每條交線有一個曲率，曲率中的最大值k_和最小值Icniin為主曲率，即高斯曲率=kmax*kmin0
[0028]a.求主曲率
[0029]曲線的曲率等於其密切圓半徑的倒數。
[0030]如圖2所示，曲線C為某點的法向量和其中一切向量所確定的平面與該點所在曲面的交線，點P為交點，而圓O為曲線C在P點的密切圓，求出密切圓半徑為r，則P點的曲率為1/r。
[0031]再重複求出其他切向量與法向量所確定的平面與點所在曲面的交線的曲率，找出最大值kmax和最小值kmin,即為主曲率；
[0032]b.求高斯曲率
[0033]高斯曲率為主曲率的成績，即高斯曲率=
[0034](3)計算出隨機選出的點的高斯曲率差值比
[0035]高斯曲率差值比為成形板上點和標準板上對應點的高斯曲率差值的絕對值與標準板上對應點的高斯曲率的比值，即
[0036]高斯曲率差值比=Λ高斯曲率/高斯曲率(_板點)
[0037]其中，Λ曲率為成形板上點與標準板上對應點的曲率差值的絕對值，即
[0038]Λ高斯曲率=I高斯曲率(成形板點)-高斯曲率(標準板點)
[0039](4)計算出成形板上匹配成功的點數佔總點數的比重，完成成形評價
[0040]逐個計算成形板上所有點的高斯曲率差值比，取高斯曲率差值比率小於10% (高斯曲率差值比〈10%)的點為合格點，即彎曲程度合格，該點匹配成功。再計算出匹配成功的點佔總點數的比重，即為整塊板的成形合格率，即成形合格率=匹配成功的點數/總點數。
[0041]以上所述的本發明的實施方式，並不構成對本發明保護範圍的限定。任何在本發明的精神原則之內所作出的修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的權利要求保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種基於高斯曲率差值比的水火彎板曲面成形評價方法，其特徵在於，包括於以下步驟: (1)在成形板上隨機選點，並在標準板上找到與之相應的點； (2)分別求出成形板上的點和標準板上對應點的高斯曲率； (3)計算出隨機選出的點的高斯曲率差值比； (4)尋找匹配成功的點，計算出成形板上匹配成功的點數的與總點數比率，完成水火彎板曲面的成形評價。
2.根據權利要求1所述的基於高斯曲率差值比的水火彎板曲面成形評價方法,其特徵在於，曲面上一點的高斯曲率等於該點對應的主曲率的乘積，單位為I/長度2 ;曲面上各點均有唯一的法向量和多個切向量，法向量和不同切向量所確定的平面與該點所在曲面會有多條交線，每條交線有一個曲率，曲率中的最大值k_和最小值Icniin為主曲率，則高斯曲率=Ir *]<.j^max j^min0
3.根據權利要求2所述的基於高斯曲率差值比的水火彎板曲面成形評價方法，其特徵在於，曲線的曲率等於其密切圓半徑的倒數，所述曲線上某點的主曲率的獲取方式為: 曲線C上某點的法向量和其中一個切向量所確定的平面與該點所在曲面的交線確定點P為交點，曲線C在P點的密切圓為圓O，求出密切圓半徑為r，則P點的曲率為Ι/r ；再重複求出其他切向量與法向量所確定的平面與點所在曲面的交線的曲率，找出曲率最大值kmax和曲率最小值kmin，則曲率最大值kmax和曲率最小值kmin為主曲率。
4.根據權利要求3所述的基於高斯曲率差值比的水火彎板曲面成形評價方法，其特徵在於，在步驟(3)中，高斯曲率差值比為成形板上點和標準板上對應點的高斯曲率差值的絕對值與標準板上對應點的高斯曲率的比值，即: 高斯曲率差值比=Λ高斯曲率/高斯曲率 其中Λ高斯曲率為成形板上點與標準板上對應點的曲率差值的絕對值，即: Λ高斯曲率=I高斯曲率(成形板點)-高斯曲率(標準板點)I。
5.根據權利要求1至4任一項所述的基於高斯曲率差值比的水火彎板曲面成形評價方法，其特徵在於，在步驟(4)中，逐個計算成形板上所有點的高斯曲率差值比，取高斯曲率差值比率小於設定閾值的點為合格點，即彎曲程度合格，該點匹配成功；再計算出匹配成功的點佔總點數的比重，即為整塊板的成形合格率，即成形合格率=匹配成功的點數/總點數。
【文檔編號】B21C51/00GK104399776SQ201410709763
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】韋寶剛, 程良倫 申請人:廣東工業大學