Class A 曲面设计初识

一、Class A 曲面定义:

Class A曲面设计,即完全在计算机三维虚拟环境下构造合格的车身曲面的一种方法,是数学与计算机图形学相结合的典型应用,它不同于图板工作模式,使设计更加灵活,编辑起来更加方便快捷。随着逆向设计、稳健设计、基于分析的设计以及面向制造的设计等新方法涌入车身设计过程,基于三维的车身曲面模型设计越来越重要,在整个产品链中的地位也日益提高。

二、Class A 曲面由来:

Class A一词最初是由法国Dassault System公司在开发大型CAD/CAM 软件包CATIA时提出并付诸应用的,常译作A级曲面,专指车身模型中对曲面质量有较高要求或特殊要求的一类曲面,如外形曲面、仪表板和内饰件的表面等。从CATIA V5版本开始,软件中新增加了ACA(Automotive Class A)模块,专门用于Class A曲面的设计。

现在的汽车车身设计方法从无到有,以及现在千姿百态的车身样式,都应当归功于现代科学技术的飞速进展。从

设计理念上而言,车身开发的基本思路并未发生根本性变化,依然是“概念设计→总布置设计→详细结构设计→试验验证→产品”这样一个流程。然而由于现代技术的介入,使车身的开发周期大大缩短,车身的设计质量大大提高。

车身外形的变化也经历了由简单到复杂的演化过程,即箱式→船形→楔形→光滑曲面过渡的外凸形,这一过程也得益于各种先进技术的大量应用,如三维图形技术以及空气动力学仿真技术等。

现代车身设计,尤其是外观零件的设计,已经完全摈弃了由二维转三维的阶段,而是直接由虚拟三维到实际三维。正是借助于先进的设计方法和工具,车身开发周期才能由原来的4到5年缩短至目前的2到3年,甚至更短的时间。

三、Class A 曲面特点:

Class A曲面与通常所说的光顺曲面有相似之处,只不过Class A特指汽车车身上的一部分曲面。依次类推,对于车身内覆盖件,如内板件,其曲面称为Class B、Class C等。

lass A曲面是既满足几何光滑要求,又满足审美需求的曲面。

对于光滑曲面已经有很多的研究结论,参照施法中和朱心雄的定义可归纳如下:1)曲面片满足G2连续;2)没有多余的拐点;3)曲率分布均匀;4)应变能最小。

光顺则包含光滑和顺眼两层含义,上面归纳的定义是对光滑的数学描述,而对顺眼的衡量则是仁者见仁,智者见智,没有统一的评判标准。曲面模型设计从始至今已有了四十多年的历史,取得了很大的进展,尤其体现在大型CAD应用软件包上,出现了很多曲面建模系统,如基于NURBS的、基于Bezier的、基于B样条的以及混合建模系统等,不一而足。而由Dassault System提出的Class A曲面,为业界所承认并得到了广泛应用,主要是因为其简洁明了。

四、Class A 曲面要求:

通过参阅一些资料,并且做了大量曲面和零件的设计工作,对Class A曲面的要求总结如下:

(1)曲面片由B样条方法(包括NURBS和Bezier方法)描述,节点向量采用累加弦长参数化法;

(2)曲面在u,v方向上次数在三次(四阶)至七次(八阶)之间,最高不要大于九次(十阶);

(3)相邻曲面片满足G2连续(曲率过渡均匀,至少满足G1,特殊要求满足G3);

(4)大的曲面片为全凸的(法方向指向曲面同侧)。

(Tips: G0-点连续  G1-相切连续  G2-曲率连续  G3-变曲率连续  )

五、Class A 曲面支持软件:

Dassault Catia、 Autodesk Alias等

参考资料:

文章配图 Via Baidu Search

Class A曲面模型构造 Via cartech8.com

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