scholarly journals A ship parametric model for isogeometric analysis

2013 ◽  
Author(s):  
Christian Feurer
Keyword(s):  
Isogeometric Analysis ◽  
Computer Aided Design ◽  
Parametric Model ◽  
B Splines ◽  
Computer Aided ◽  
Aided Design

Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται την ανάπτυξη ενός παραμετρικού μοντέλου γάστρας πλοίουεμπορευματοκιβωτίων για τις συγκεκριμένες απαιτήσεις της ισογεωμετρικής ανάλυσης. Κατά τη διαδικασία σχεδιασμού ενός τρισδιάστατου αντικειμένου ο σχεδιασμός της μορφής και η ανάλυση της λειτουργικότητάς του υλοποιείται παραδοσιακά σε δύο διαφορετικά κατά σειρά στάδια. Η διακριτοποίηση της γεωμετρίας με σκοπό τη χρήση αριθμητικών μεθόδων αποτελεί ένα βασικό ενδιάμεσο βήμα το οποίο είναι δαπανηρό και μπορεί να εισάγει ένα εν δυνάμει μεγάλο σφάλμα προσέγγισης. Για την επίλυση αυτού του ζητήματος, το 2005 ο Hughes et.al. εισήγαγαν την μέθοδο της ισογεωμετρικής ανάλυσης σύμφωνα με την οποία οι συναρτήσεις βάσης της υποκείμενης γεωμετρικής απεικόνισης υιοθετούνται για την προσέγγιση της αριθμητικής επίλυσης του προαναφερθέντος προβλήματος, δείτε π.χ. [50, 23]. Κατ ́αυτόν τον τρόπο, κάθε γεωμετρική προσέγγιση παρακάμπτεται και τα πεδία της σχεδίασης με τη χρήση ηλεκτρονικού υπολογιστή (computer-aided design – CAD) και της ανάλυσης ενοποιούνται. Αυτή η δυνατότητα αποτελεί το κύριο κίνητρο για την παρούσα διδακτορική διατριβή, στο πλαίσιο της οποίας αναπτύχθηκε διαφανής μεθοδολογία παραγωγής της γενικής γάστρας πλοίου μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων ο οποίος ικανοποιεί πλήρως τους βασικούς περιορισμούς μορφής της εν λόγω οικογένειας γαστρών. Για να βελτιστοποιηθεί αποτελεσματικά η γάστρα ενός πλοίου, όπως και κάθε αντικείμενο, ως προς ένα συγκεκριμένο κριτήριο, θα πρέπει να οριστεί ο μηχανισμός για την αυτόματη δημιουργία της γεωμετρίας. Ως εκ τούτου η έννοια της παραμετρικής μοντελοποίησης είναι θεμελιώδης για την παρούσα εργασία. Το προ-αναφερθέν μοντέλο της γάστρας του πλοίου εξαρτάται από 29 ολικές και τοπικές παραμέτρους σχεδίασης και από 9 συμπληρωματικές εσωτερικές παραμέτρους. Είναι φυσικό να μοντελοποιηθούν πλοία μέσω της μοντελοποίησης επιφανειών και για αυτό τον λόγο ακολουθήθηκε μία τοπική σχεδίαση βασισμένη σε ένα μοντέλο δικτύου καμπυλών ελέγχου. Η ορθή κατασκευή αυτών αποδίδει κατά κύριο λόγο τετράπλευρους κλειστούς βρόγχους οι οποίοι ≪πληρούνται≫ με την κατασκευή των γνωστών επιφανειακών τμημάτων Coons. Για να διασφαλιστεί η ομαλή μετάβαση μεταξύ αυτών των επιφανειακών τμημάτων, παρουσιάζουμε έναν πρωτότυπο αλγόριθμο εμπλουτισμού των καμπυλών του δικτύου των καμπυλών ελέγχου με κατανομές διανυσμάτων, οι οποίες αποκαλούνται πλαίσια (frame), τα οποία χρησιμοποιούνται ως τα κάθετα διανύσματα των κοινών, μεταξύ των επιφανειακών τμημάτων Coons, εφαπτομενικών επιπέδων. Αυτή η πληροφορία χρησιμοποιείται στη συνέχεια για την κατασκευή των συνοριακών εφαπτομενικών λωρίδων του δικυβικά αναμεμειγμένου επιφανειακού τμήματος Coons και με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται η δημιουργία επιφανειακών τμημάτων που διαθέτουν συνέχεια εφαπτομενικού επιπέδου. Η επιλεχθείσα απεικόνιση των γεωμετρικών οντοτήτων που συνθέτουν την επιφάνεια της γάστρας συνθετικών είναι αυτή των B-splines, η οποία θεωρείται ως συνήθης στη σχεδίαση με τη χρήση ηλεκτρονικού υπολογιστή και η οποία είναι κατάλληλη για ισογεωμετρική ανάλυση χάρη στον απλό και γεωμετρικά διαισθητικό τρόπο με τον επιτρέπει η αναπαράσταση B-splines την υλοποίηση της εκλέπτυνσης (refinement). Οι αλγόριθμοι που παρουσιάζονται και μία πιθανή διαδικασία σχεδίασης της γεωμετρίας πλαισίου προγραμματίστηκανκάνοντας χρήση της γλώσσας C++ και είχαν ως αποτέλεσμα τη δημιουργία του προγράμματος SmoothPM. Στην εργασία αυτή παρουσιάζεται η αξιολόγηση του προγράμματος, εξετάζοντας τα εξαγόμενα της διαδικασίας που προέκυψαν από 18 διαφορετικά σύνολα παραμέτρων εισόδου. Επιπρόσθετα παρέχονται προτάσεις για μελλοντικές εργασίες και επέκταση της παρούσας διδακτορικής διατριβής.

scholarly journals Generalized straight and curved beam theories with isogeometric analyis

2017 ◽  
Author(s):  
Ιωάννης Τσιπτσής
Keyword(s):  
Isogeometric Analysis ◽  
Computer Aided Design ◽  
State Of The Art ◽  
Curved Beam ◽  
Analog Equation Method ◽  
B Splines ◽  
Aided Design ◽  
Analog Equation ◽  
Beam Theories ◽  
Element Method

Στη διατριβή αυτή διερευνάται και επιλύεται σειρά προβλημάτων μέσω της ανάπτυξης εξελιγμένων προσομοιωμάτων ευθύγραμμης και καμπύλης δοκού. Πιο συγκεκριμένα, αντιμετωπίζονται τα προβλήματα ανομοιόμορφης στρέψης, γενικευμένης στρέβλωσης λόγω διάτμησης και στρέψης (μέσω των οποίων μελετάται το φαινόμενο της διατμητικής υστέρησης), διαστρέβλωσης (παραμόρφωση των διατομών της δοκού στο επίπεδό τους) καθώς και το πρόβλημα της δυναμικής ανάλυσης ευθύγραμμων και καμπύλων δοκών. Η αντιμετώπιση των προβλημάτων αυτών βασίζεται στη γενικευμένη διατύπωση καινοτόμων θεωριών δοκού (Generalized Beam Theories - GBT), με τις οποίες το πεδίο μετατοπίσεων και οι συνιστώσες των τανυστών παραμόρφωσης και τάσης διατυπώνονται ως γραμμικοί συνδυασμοί γινομένων μονοδιάστατων και διδιάστατων συναρτήσεων.Η αναλυτική λύση των μονοδιάστατων και διδιάστατων προβλημάτων συνοριακών και αρχικών-συνοριακών τιμών που μορφώνονται εν γένει δεν είναι εφικτή. Ως εκ τούτου, τα προβλήματα αυτά επιλύονται αριθμητικά εφαρμόζοντας τη Μέθοδο Συνοριακών Στοιχείων (Boundary Element Method - BEM), τη Μέθοδο Αναλογικής Εξίσωσης (Analog Equation Method - AEM), η οποία αποτελεί εξέλιξη της BEM, καθώς και τη Μέθοδο Πεπερασμένων Στοιχείων (Finite Element Method - FEM). Όσον αφορά στην επίλυση μονοδιάστατων προβλημάτων, οι αριθμητικές μέθοδοι που χρησιμοποιoύνται (AEM και FEM) συνδυάζονται με εργαλεία της Ισογεωμετρικής Ανάλυσης (Isogeometric Analysis - IGA) ώστε να επιτευχθεί μία προσέγγιση με χαμηλότερο υπολογιστικό κόστος καθώς και πιο διαδραστική μεταξύ ανάλυσης και γεωμετρίας που θα επιτυγχάνει πιο αξιόπιστα αποτελέσματα περιορίζοντας το σφάλμα που πηγάζει από την προσέγγιση της γεωμετρίας. Συγκεκριμένα, οι παραμετρικές καμπύλες B-splines και NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines) που έχουν υιοθετήσει τα λογισμικά πακέτα μοντελοποίησης με υπολογιστή (Computer-Aided Design - CAD) εφαρμόζονται στην παρούσα διατριβή. Με βάση τις αναπτυχθείσες αναλυτικές και αριθμητικές διαδικασίες συντάσσονται καινοτόμα προγράμματα ηλεκτρονικού υπολογιστή για την ανάλυση τρισδιάστατων ευθύγραμμων και καμπυλόγραμμων ραβδωτών φορέων. Κάθε κύριο κεφάλαιο της διατριβής αποτελείται από την εισαγωγή, τη διατύπωση του προβλήματος, την αριθμητική επίλυση, αντιπροσωπευτικά αριθμητικά παραδείγματα και τα συμπεράσματα. Στην εισαγωγή κάθε κύριου κεφαλαίου περιέχεται η βιβλιογραφική επισκόπηση του ερευνητικού έργου (State of the Art) του αντίστοιχου εξεταζόμενου προβλήματος και παρουσιάζονται τα πρωτότυπα σχετικά στοιχεία της εργασίας. Τέλος, στο τελικό κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα και προτάσεις για μελλοντική έρευνα.

Review on Non Uniform Rational B-Spline (NURBS): Concept and Optimization

2014 ◽  
Vol 903 ◽  
pp. 338-343
Author(s):  
Ali Munira ◽  
Nur Najmiyah Jaafar ◽  
Abdul Aziz Fazilah ◽  
Z. Nooraizedfiza
Keyword(s):  
Image Processing ◽  
Literature Review ◽  
Computer Aided Design ◽  
B Spline ◽  
B Splines ◽  
Curves And Surfaces ◽  
Geometry Design ◽  
Nurbs Curves ◽  
Computer Aided ◽  
Aided Design

This paper is to provide literature review of the Non Uniform Rational B-Splines (NURBS) formulation in the curve and surface constructions. NURBS curves and surfaces have a wide application in Computer Aided Geometry Design (CAGD), Computer Aided Design (CAD), image processing and etc. The formulation of NURBS showing that NURBS curves and surfaces requires three important parameters in controlling the curve and also modifying the shape of the curves and surfaces. Yet, curves and surfaces fitting are still the major problems in the geometrical modeling. With this, the researches that have been conducted in optimizing the parameters in order to construct the intended curves and surfaces are highlighted in this paper.

scholarly journals Isogeometric analysis of two-dimensional piezoelectric structures

2013 ◽  
Vol 35 (1) ◽  
pp. 79-91
Author(s):  
Hoang H. Truong ◽  
Chien H. Thai ◽  
H. Nguyen-Xuan
Keyword(s):  
Isogeometric Analysis ◽  
Computer Aided Design ◽  
Present Method ◽  
Approximate Solutions ◽  
Conic Sections ◽  
Practical Applications ◽  
Computer Aided ◽  
Basic Functions ◽  
Piezoelectric Structures ◽  
Aided Design

The isogeometric analysis (IGA) that integrates Computer Aided Design(CAD) and Computer Aided Engineering (CAE) is found so far the effectively numerical tool for the analysis of a variety of practical problems. In this paper, we develop further the NURBS based isogeometric analysis framework for piezoelectric structures.The method employs the NURBS basis functions in both geometry representation and analysis. The main advantages of the present method are capable of handling the exactgeometry of conic sections and making the flexibility of refinement and degree elevationwith an arbitrary continuity of basic functions. These features results in high accuracy of approximate solutions for practical applications, especially piezoelectric problems. Three numerical examples are provided to validate excellent performance of the present method.

Parametric Modelling of a Knee Joint Prosthesis

1993 ◽  
Vol 207 (2) ◽  
pp. 115-120 ◽  
Author(s):  
L P Khoo ◽  
J C H Goh ◽  
S L Chow
Keyword(s):  
Knee Joint ◽  
Computer Aided Design ◽  
Parametric Model ◽  
Parametric Models ◽  
Design System ◽  
Parametric Modelling ◽  
Joint Prosthesis ◽  
Engineering Technique ◽  
Computer Aided ◽  
Aided Design

This paper presents an approach for the establishment of a parametric model of knee joint prosthesis. Four different sizes of a commercial prosthesis are used as an example in the study. A reverse engineering technique was employed to reconstruct the prosthesis on CATIA, a CAD (computer aided design) system. Parametric models were established as a result of the analysis. Using the parametric model established and the knee data obtained from a clinical study on 21 pairs of cadaveric Asian knees, the development of a prototype prosthesis that suits a patient with a very small knee joint is presented. However, it was found that modification to certain parameters may be inevitable due to the uniqueness of the Asian knee. An avenue for rapid modelling and eventually economical production of a customized knee joint prosthesis for patients is proposed and discussed.

scholarly journals Static Structural and Modal Analysis Using Isogeometric Analysis

2016 ◽  
Vol 46 (4) ◽  
pp. 36-75 ◽  
Author(s):  
Sangamesh Gondegaon ◽  
Hari K. Voruganti
Keyword(s):  
Modal Analysis ◽  
Isogeometric Analysis ◽  
Computer Aided Design ◽  
Analysis Method ◽  
Element Analysis ◽  
Seamless Integration ◽  
Steady Growth ◽  
The Finite Element Analysis ◽  
Computer Aided ◽  
Aided Design

Abstract Isogeometric Analysis (IGA) is a new analysis method for unification of Computer Aided Design (CAD) and Computer Aided Engineering (CAE). With the use of NURBS basis functions for both modelling and analysis, the bottleneck of meshing is avoided and a seamless integration is achieved. The CAD and computational geometry concepts in IGA are new to the analysis community. Though, there is a steady growth of literature, details of calculations, explanations and examples are not reported. The content of the paper is complimentary to the existing literature and addresses the gaps. It includes summary of the literature, overview of the methodology, step-by-step calculations and Matlab codes for example problems in static structural and modal analysis in 1-D and 2-D. At appropriate places, comparison with the Finite Element Analysis (FEM) is also included, so that those familiar with FEM can appreciate IGA better.

Integrating Computer-Aided Design and Nano-Indentation for Complex Lithograph

2013 ◽  
Vol 1 (1) ◽  
Author(s):  
Kangmin Xu ◽  
Seung-Cheol Yang ◽  
Xiaoping Qian
Keyword(s):  
Computer Aided Design ◽  
Machining Parameters ◽  
Geometry Processing ◽  
B Splines ◽  
Nano Indentation ◽  
Atomic Force ◽  
Computer Aided ◽  
Nanoscale Patterns ◽  
Aided Design ◽  
Straight Lines

We present an approach for producing complex nanoscale patterns by integrating computer-aided design (CAD) geometry processing with an atomic force microscope (AFM) based nanoindentation process. Surface modification is achieved by successive nanoindentation using a vibrating tip. By incorporating CAD geometry, this approach provides enhanced design and patterning capability for producing geometric features of both straight lines and freeform B-splines. This method automatically converts a pattern created in CAD software into a lithography plan for successive nanoindentation. For ensuring reliable lithography, key machining parameters including the interval of nanoindentation and the depth of nanogrooves have been investigated, and a proper procedure for determining the parameters has been provided. Finally, the automated nanolithography has been demonstrated on poly methylmethacrylate (PMMA) samples. It shows the robustness of complex pattern fabrication via the CAD integrated, AFM based nanoindentation approach.

scholarly journals Pembinaan lengkungan peralihan berbentuk C yang memuaskan Data Interpolasi Hermite G2

2020 ◽  
Vol 8 (2) ◽  
pp. 39-50
Author(s):  
Azhar Ahmad
Keyword(s):  
Computer Aided Design ◽  
Geometric Design ◽  
Computer Aided Geometric Design ◽  
B Splines ◽  
Computer Aided ◽  
Aided Design

Makalah ini membincangkan satu kaedah pembinaan lengkungan peralihan berbentuk C yang memenuhi syarat-syarat data interpolasi Hermite Lengkungan peralihan ini dibina berasaskan gabungan dua pilin kuadratik nisbah Bezier atau gabungan bersama satu segmen garis lurus bagi mencapai keselanjaran pada keseluruhan binaan. Kaedah analisis geometri bersama syarat kemonotonan suatu lengkungan kuadratik nisbah Bezier telah digunakan bagi mencapai objektif kajian. Hasil kajian yang dicapai adalah satu teknik pembinaan yang membolehkan kita memperolehi lengkungan peralihan secara terus, mudah diaplikasikan serta tanpa perlu menggunakan sebarang prosedur tranformasi affin. Syarat untuk lengkungan peralihan ini terhasil ditentukan oleh data Hermite yang diberi dan kepelbagaiannya pula dikawal oleh panjang segmen garis lurus yang menghubungkan kedua-dua pilin berkenaan. Keupayaan memenuhi sifat-sifat interpolasi ini memberi banyak kelebihan dan amat sesuai untuk aplikasi tertentu di dalam CAGD (Computer Aided Geometric Design), umpamanya rekabentuk produk industri, trajektori robot non-holonomic, serta rekabentuk mendatar landasan keretapi dan lebuhraya. Oleh kerana kuadratik nisbah Bezier merupakan sebahagian daripada perwakilan NURBS (Nonuniform Rational B-splines) maka adalah mudah bagi kita mengabungjalinkan formulasi lengkungan peralihan yang dicadangkan ini ke dalam kebanyakan sistem pengaturcara CAD (Computer Aided Design).

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document