• CN:11-2187/TH
  • ISSN:0577-6686

机械工程学报 ›› 2024, Vol. 60 ›› Issue (13): 268-280.doi: 10.3901/JME.2024.13.268

• 数字化智能化设计 • 上一篇    下一篇

扫码分享

微观几何设计制造的关键技术与工程应用

刘振宇, 陈轲文, 裘辿, 李明, 张雨豪, 谭建荣, 彭群生   

  1. 浙江大学计算机辅助设计与图形系统全国重点实验室 杭州 310058
  • 收稿日期:2023-10-02 修回日期:2024-02-05 出版日期:2024-07-05 发布日期:2024-08-24
  • 作者简介:刘振宇,男,1974年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为产品数字化设计、数字孪生等。E-mail:liuzy@zju.edu.cn;陈轲文,男,1998年出生,博士研究生。主要研究方向为几何造型建模、计算机辅助设计。E-mail:12125090@zju.edu.cn;裘辿(通信作者),男,1983年出生,博士,副教授,硕士研究生导师。主要研究方向为产品信息建模与仿真、数字孪生等。E-mail:qc@zju.edu.cn;李明,男,1977年出生,博士,副教授,博士研究生导师。主要研究方向为计算机辅助设计、CAD/CAE一体化、微孔设计等。E-mail:liming@cad.zju.edu.cn;张雨豪,男,1999年出生,硕士研究生。主要研究方向为复杂装备智能设计。E-mail:22225190@zju.edu.cn;谭建荣,男,1954年出生,博士,教授,博士研究生导师,中国工程院院士。主要研究方向为机械设计及理论、智能化设计与制造等。E-mail:egi@zju.edu.cn;彭群生,男,1947年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为计算机辅助设计、计算机图形学等。E-mail:peng@cad.zju.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(52075480,U22A6001)和浙江省重点研发计划(2021C01008)资助项目。

The Key Technology and Engineering Application of Microgeometry Design and Manufacturing

LIU Zhenyu, CHEN Kewen, QIU Chan, LI Ming, ZHANG Yuhao, TAN Jianrong, PENG Qunsheng   

  1. State Key Lab of CAD&CG, Zhejiang University, Hangzhou 310058
  • Received:2023-10-02 Revised:2024-02-05 Online:2024-07-05 Published:2024-08-24

摘要: 近年来,高端装备制造技术朝着极高精度、极高性能与极限尺度方向迅猛发展,对几何学提出了一系列新的问题和需求。微观几何学描述和刻画在表面或内部具有微小尺度细节的几何特征,为表征、设计、加工和测量微观特征提供了数学基础。本文阐述了微观几何的基本概念与内涵,分析了微观几何在微尺度建模、跨尺度关联和局部形状控制方面的特点。从微观几何的表示与建模、多物理场仿真、智能设计与优化、高精度制造、高效率测量等五个方面梳理了微观几何设计制造的关键技术,并凝练了微观几何设计制造亟需解决的宏观-微观耦合的几何表征、材料-结构-工艺-性能一体化设计、原子尺度的几何表征与测量等关键科学问题。最后介绍了作者团队在基于混合维的复杂零件真实表面建模、基于接触簇约束的复杂产品装配仿真与分析、复杂微孔结构建模与拓扑优化设计等方面的相关研究工作。

关键词: 微观几何, 微观表面, 微观结构, 几何表征, 设计优化, 高精制造

Abstract: In recent years, the rapid development of high-end equipment manufacturing technology towards extreme high precision, extreme high performance and extreme scales has raised a series of new problems and demands on geometry. Microgeometry describes geometric features with micro scale details on the surface or inside, and provides a mathematical basis for characterizing, designing, processing and measuring micro features. This study expounds the basic concepts and connotations of microgeometry, and analyzes its features of microscale modeling, trans-scale correlation, and local shape control. The key technologies of microgeometry design and manufacturing are sorted out from five aspects, including microgeometry representation and modeling, multiphysics simulation, intelligent design and optimization, high-precision manufacturing, and high-efficiency measurement, and the key scientific issues that need to be solved urgently in microgeometry design and manufacturing are summarized, including macro-micro coupled geometric characterization, material-structure-process-performance integrated design, and geometric characterization and measurement at the atomic scale. Finally, the research of the author's team about the real surface modeling of complex parts based on hybrid dimension, the assembly simulation and analysis of complex product based on contact cluster constraints, and the modeling and topology optimization design of complex microporous structures are introduced.

Key words: microgeometry, microsurface, microstructure, geometric characterization, design optimization, high precision manufacturing

中图分类号: