Разделы презентаций


Харьковский национальный университет им В.Н.Каразина

Содержание

ЛитератураКурс высшей математики: Смирнов В.И. , 1-й т., М., Наука, 1974. – 480с.Курс высшей математики, Смирнов В.И., 2-й т., М., Наука, 1974. – 656с.Введение в математические основы САПР: Д. М. Ушаков

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1Харьковский национальный университет им В.Н.Каразина
Лекция 6
Вариационное моделирование





О деле суди по

исходу. Овидий






Кафедра теплофизики и молекулярной физики

Харьковский национальный университет им В.Н.КаразинаЛекция 6Вариационное моделированиеО деле суди по исходу. ОвидийКафедра теплофизики и молекулярной физики

Слайд 2Литература
Курс высшей математики: Смирнов В.И. , 1-й т., М., Наука,

1974. – 480с.
Курс высшей математики, Смирнов В.И., 2-й т., М.,

Наука, 1974. – 656с.
Введение в математические основы САПР: Д. М. Ушаков — Санкт-Петербург, ДМК Пресс, 2012 г.- 208 с.
Введение в современные САПР: Владимир Малюх — Москва, ДМК Пресс, 2014 г.- 192 с.
Любые книги по Solid Works
ЛитератураКурс высшей математики: Смирнов В.И. , 1-й т., М., Наука, 1974. – 480с.Курс высшей математики, Смирнов В.И.,

Слайд 3План

Параметры, ограничения и вариационные модели.
Создание эскизов и проектирование сборок.
Задача размещения

геометрических объектов и ее характеристики.
Вариационный геометрический решатель.
Способы алгебраического моделирования геометрической

задачи.
Решение систем уравнений.
ПланПараметры, ограничения и вариационные модели.Создание эскизов и проектирование сборок.Задача размещения геометрических объектов и ее характеристики.Вариационный геометрический решатель.Способы

Слайд 4Параметры, ограничения и вариационные модели
Параметры геометрической модели – это

координаты и
размеры ее элементов.

Параметрические геометрические модели - размеры

и
положение каждого примитива или конструктивного
элемента могут быть изменены.

Преимущество: возможность быстрого получения по
существующей модели изделия его модификации.
Параметры, ограничения и вариационные модели Параметры геометрической модели – это координаты и размеры ее элементов. Параметрические геометрические

Слайд 5Параметры, ограничения и вариационные модели
В твердотельных моделях с CSG-деревом –

модификация
параметров реализуется путем полного или частичного
повторения операций, хранящихся

в дереве построения,
с новыми значениями параметров.

Constructive Solid Geometry –
построение новых объектов путем
операций объединения,
пересечение и вычитания более
простых объектов (при этом эти
объекты считаются
сплошными, а не только границей).
Параметры, ограничения и вариационные моделиВ твердотельных моделях с CSG-деревом – модификация параметров реализуется путем полного или частичного

Слайд 6Параметры, ограничения и вариационные модели
Геометрическое ограничение - это связывание точек,

ребер и
граней геометрической модели логическим или параметрическим
отношением.

Примеры

ограничений:
инцидентность точки и кривой,
касание кривой и поверхности,
параллельность двух прямых,
расстояние между двумя точками,
угол между плоскостями и др.

Ограничение - декларативная (а не конструктивная)
конструкция - оно не задает никакой процедуры расположения
одного геометрического элемента относительно другого.
Параметры, ограничения и вариационные моделиГеометрическое ограничение - это связывание точек, ребер и граней геометрической модели логическим или

Слайд 7Параметры, ограничения и вариационные модели
Декларативная параметрическая модель с геометрическими
ограничениями

называется вариационной.

Традиционный набор параметров геометрической модели –
размеры и

координаты конструктивных элементов

Дополнительный набор - параметры ограничений -
величины длин и углов.

Для удовлетворения ограничениям вариационной модели
используются специальные символьные и численные
алгоритмы.
Параметры, ограничения и вариационные моделиДекларативная параметрическая модель с геометрическими ограничениями называется вариационной. Традиционный набор параметров геометрической модели

Слайд 8Создание эскизов и проектирование сборок
Области использования вариационного моделирования
в CAD-системах:
создание плоских

эскизов;
создание трехмерных сборок.

Эскиз (sketch) - основа для создания большинства


конструктивных элементов в системах твердотельного
моделирования.

При проектировании механизмов (сборок) – задаются
ограничения на взаимное расположение деталей сборки –
ограничения сборки.
Создание эскизов и проектирование сборокОбласти использования вариационного моделированияв CAD-системах:создание плоских эскизов;создание трехмерных сборок. Эскиз (sketch) - основа

Слайд 9Задача размещения геометрических объектов и ее характеристики
Задача размещения геометрических

объектов ( задача
удовлетворения геометрическим ограничениям) на
плоскости (2D) или

в пространстве (3D) задается:

набором объектов (каждый объект характеризуется своим типом и начальными значениями параметров);
набором логических и параметрических ограничений (для параметрических ограничений задаются требуемые значения параметров).
Задача размещения геометрических объектов и ее характеристики Задача размещения геометрических объектов ( задача удовлетворения геометрическим ограничениям) на

Слайд 10Задача размещения геометрических объектов и ее характеристики
Набор объектов: точки, прямые,

окружности, эллипсы и
параметрические кривые.
Для трехмерных задач - плюс плоскости,

аналитические
и параметрические поверхности.

Параметры объектов: координаты и размеры.
Пример.
Для двумерного эллипса являются координаты его
центра, направление главной полуоси и радиусы
полуосей
Для эллипсоида необходимо также задать направление
нормали плоскости эллипса.
Задача размещения геометрических объектов и ее характеристикиНабор объектов: точки, прямые, окружности, эллипсы и параметрические кривые.Для трехмерных задач

Слайд 11Задача размещения геометрических объектов и ее характеристики

Логическое ограничение инцидентности и

параметрическое
ограничение расстояния задаются между двумя любыми
объектами (однотипными или

разнотипными).

Ограничения параллельности, касания и заданного угла
могут задаваться только между направленными объектами.

Направленные - все объекты кроме точки, окружности и
сферы.
Задача размещения геометрических объектов и ее характеристикиЛогическое ограничение инцидентности и параметрическое ограничение расстояния задаются между двумя любыми

Слайд 12Задача размещения геометрических объектов и ее характеристики

Специальные виды ограничения -

абсолютная и
относительная фиксация.

Абсолютная фиксация запрещает изменение положения
или ориентации

объекта в пространстве задачи.

Относительная фиксация группирует несколько объектов
между собой, запрещая им менять относительные
расстояния и углы (жесткие множества).

Задача размещения геометрических объектов и ее характеристикиСпециальные виды ограничения - абсолютная и относительная фиксация.Абсолютная фиксация запрещает изменение

Слайд 13Задача размещения геометрических объектов и ее характеристики
Решением геометрической задачи является

такое определение
параметров ее объектов, которое удовлетворяет всем заданным
ограничениям.



Любая геометрическая задача или ее часть может иметь
конечное число решений;
бесконечное число решений;
не иметь решений вообще.

Задача без решений называется переопределенной.
Задача с конечным множеством решений называется хорошо
определенной
Задача с бесконечным множеством решений –
недоопределенной
Задача размещения геометрических объектов и ее характеристикиРешением геометрической задачи является такое определение параметров ее объектов, которое удовлетворяет

Слайд 14Задача размещения геометрических объектов и ее характеристики
Свойства геометрической задачи:
избыточность;
сингулярность.

Если

удаление ограничения не приводит к появлению новых
решений задачи, такое ограничение

называется избыточным.

Сингулярность - свойство не структурное (синтаксическое),
но численное - бесконечно малое изменение параметра (или
группы параметров) ведет к изменению структуры
пространства ее решений.
Задача размещения геометрических объектов и ее характеристикиСвойства геометрической задачи:избыточность;сингулярность. Если удаление ограничения не приводит к появлению новыхрешений

Слайд 15Вариационный геометрический решатель
Программная компонента для решения геометрических задач,
возникающих при

вариационном моделировании, называется
геометрическим решателем.
Функции решателя геометрической задачи:
размещение геометрических объектов

в соответствии с заданными ограничениями;
диагностика пере-, недо- и хорошо определенных частей задачи, а также расчет степеней свободы геометрических объектов;
динамическое перемещение геометрических объектов в соответствии с наложенными ограничениями;
автоматическое наложение минимального набора ограничений.
Вариационный геометрический решательПрограммная компонента для решения геометрических задач, возникающих при вариационном моделировании, называется геометрическим решателем.Функции решателя геометрической

Слайд 16Вариационный геометрический решатель
Большинство коммерческих систем используют
DCM-решатель (Dimensional Constraint Manager)

-
разработка D-Cubed - дочерняя компания Siemens PLM
Software. Имеет

две версии - 2D и 3D.

Решатель LGS (LEDAS Geometric Solver) –
производство российской компании ЛЕДАС.
Имеет две версии (2D и 3D) и различные конфигурации
Вариационный геометрический решательБольшинство коммерческих систем используют DCM-решатель (Dimensional Constraint Manager) - разработка D-Cubed - дочерняя компания Siemens

Слайд 17Способы алгебраического моделирования геометрической задачи
Способы решения геометрической задачи:

Декартово моделирование;
Недекартово моделирование;
Относительное

моделирование.

Способы алгебраического моделирования геометрической задачиСпособы решения геометрической задачи:Декартово моделирование;Недекартово моделирование;Относительное моделирование.

Слайд 18Способы алгебраического моделирования геометрической задачи
Декартово моделирование:
каждому объекту сопоставляется набор

вещественных координат, которые полностью описывают его положение на плоскости или

в пространстве;
каждое ограничение представляется одним или несколькими уравнениями.
Пример. Ограничение расстояния между точками
P1(x1, y1), P2(x2, y2):
(x1-x2)2+(y1-y2)2-d2=0,
где d – параметр ограничения расстояния.
Способы алгебраического моделирования геометрической задачи Декартово моделирование:каждому объекту сопоставляется набор вещественных координат, которые полностью описывают его положение

Слайд 19Способы алгебраического моделирования геометрической задачи
    Геометрическая задача

Система алгебраических уравнений:

количество неизвестных прямо

пропорционально числу геометрических объектов;
количество уравнений прямо пропорциональным числу ограничений.



Недостаток: для одной и той же задачи в разных системах
координат могут быть получены разные решения


Способы алгебраического моделирования геометрической задачи    Геометрическая задачаСистема алгебраических уравнений:количество неизвестных прямо пропорционально числу геометрических объектов;количество уравнений прямо пропорциональным

Слайд 20Способы алгебраического моделирования геометрической задачи
Относительное моделирование - связывание с каждым


объектом не абсолютных, а относительных координат.
Преимущество: количество относительных координат
можно существенно

сократить.

Пример. Положение точки, инцидентной некоторой прямой, можно
описать единственным вещественным параметром, задающим
позицию точки в системе координат прямой.

Вывод:
экономия двух переменных;
нет необходимости в генерации двух лишних уравнений для ограничений инцидентности точки и прямой
Способы алгебраического моделирования геометрической задачиОтносительное моделирование - связывание с каждым объектом не абсолютных, а относительных координат.Преимущество: количество

Слайд 21Метрический тензор геометрической задачи
Недекартово моделирование – использование понятий
аффинного

пространства и метрического тензора.

Элементы трехмерного аффинного пространства – точки
и

вектора.

Метрические ограничения - длины и угла.
Метрический тензор геометрической задачи Недекартово моделирование – использование понятий аффинного пространства и метрического тензора.Элементы трехмерного аффинного пространства

Слайд 22Метрический тензор геометрической задачи
Аффинное пространство:
задается двумя непересекающимися множествами - точек

и векторов;
задается операцией откладывания точки от другой точки с помощью

вектора;
задается обратной операцией вычисления вектора, соединяющего две точки.
множество векторов должно образовывать евклидово пространство (линейное пространство со скалярным произведением).

Метрический тензор геометрической задачиАффинное пространство:задается двумя непересекающимися множествами - точек и векторов;задается операцией откладывания точки от другой

Слайд 23Метрический тензор геометрической задачи
Метрический тензор набора векторов {v1, ..., vn}


квадратная симметрическая матрица, элементами
которой являются скалярные произведения (vi;

vj).

Свойства метрического тензора:
симметричность;
неотрицательность диагональных элементов (они равны квадратам длин векторов);
ранг, не превосходящий размерность пространства;
если сумма некоторых векторов равна нулю, то сумма соответствующих им элементов в любой строке (столбце) метрического тензора тоже равна нулю.
Метрический тензор геометрической задачиМетрический тензор набора векторов {v1, ..., vn} – квадратная симметрическая матрица, элементами которой являются

Слайд 24Метрический тензор геометрической задачи
Моделирование геометрической задачи
Каждый вектор с неизвестной нормой

представляется в виде произведения его длины (она будет переменной алгебраической

задачи) и единичного вектора.
Из всего набора единичных векторов выбираются три (для 2D – два) базовых, углы между которыми зафиксированы.
Все остальные векторы выражаются через выбранный базис
v=v1e1+v2e2+v3e3.
Метрический тензор геометрической задачиМоделирование геометрической задачиКаждый вектор с неизвестной нормой представляется в виде произведения его длины (она

Слайд 25Метрический тензор геометрической задачи
Необходимо: в алгебраическую формулировку исходной
геометрической задачи

добавить три (два для 2D)
неизвестных коэффициента, связанных уравнением


В

наборе векторов ищется независимый набор циклов векторов, сумма которых (некоторые из слагаемых, возможно, взяты с обратным знаком) равна нулю.
Для каждого цикла генерируются три (два в 2D) уравнения - сумма коэффициентов соответствующих векторов в разложении по базисному вектору равна нулю.
Метрический тензор геометрической задачиНеобходимо: в алгебраическую формулировку исходной геометрической задачи добавить три (два для 2D) неизвестных коэффициента,

Слайд 26Метрический тензор геометрической задачи
Последнее: учесть заданные углы между векторами.
Пусть u,

v – единичные вектора с углом α между ними.
Векторы с

разложением по базису (e1, e2, e3):
u=u1e1+u2e2+u3e3,
v=v1e1+v2e2+v3e3.
Тогда

u1v1+u2v2+u3v3=cos α .


Метрический тензор геометрической задачиПоследнее: учесть заданные углы между векторами.Пусть u, v – единичные вектора с углом α

Слайд 27Решение систем уравнений
Численное решение системы уравнений -
трудоемкость растет кубически с

ростом размера задачи.

Что делать? Применять символьные методы упрощения
систем уравнений:
Методы

подстановки;
Методы декомпозиции.

Традиционный метод решения систем нелинейных
уравнений – метод Ньютона-Рафсона – линейная
аппроксимация гладкой функции F: Rn —> Rm в
окрестности текущей точки х(k):
F(x) =F(х(k)) +JF(х(k))(x - х(k)),

JF(х(k)) – матрица Якоби функции F, вычисленная в точке х(k)
Решение систем уравненийЧисленное решение системы уравнений -трудоемкость растет кубически с ростом размера задачи.Что делать? Применять символьные методы

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать доклад-презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое TheSlide.ru?

Это сайт презентации, докладов, проектов в PowerPoint. Здесь удобно  хранить и делиться своими презентациями с другими пользователями.


Для правообладателей

Яндекс.Метрика