[发明专利]柔性电缆变形仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及武器系统虚拟装配设计领域，具体涉及一种柔性电缆变形仿真方法。

背景技术

电缆作为导弹武器系统的神经，是传输电气以及通讯信号的重要元器件。现有的商业化计算机辅助设计软件，只能将柔性电缆视为刚体，缺少柔性电缆建模方法和支持电缆动态实时调整的模块，导致只能通过加工实际的导弹物理样机，供工艺人员进行反复试安装，将试安装信息反馈给设计人员完成初始设计修改。由于现有技术中电缆设计无法实现实时交互式设计，无法脱离实际物理样机上的反复试安装，从而导致产品研发周期和成本大幅增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性电缆变形仿真方法，可在虚拟装配环境中对电缆进行实时交互式动态调整，避免电缆设计中实际物理样机上的反复试安装，从而节省产品研发周期和成本。

为了达到上述的目的，本发明提供一种柔性电缆变形仿真方法，包括：

1）采用管理属性、显示属性和力学属性描述电缆；

显示属性，采用面片层、截面层和分支层构成的层次结构显示电缆；面片层，以三角面片为基本单元；截面层，以三角面片组成的圆柱面为基本单元；分支层，通过圆柱面端截面相连接而成；

力学属性，采用弹簧质点模型描述电缆受力变形特性；

质点的运动位移和速度由如下微分方程确定：

式中，质点为端截面圆心，为质点所受的内力，为质点所受的外力，为质点的质量；

其中，，为弹簧的弹性系数，和分别为质点和质点的位置向量，为弹簧的原长，表示弹簧力的单位矢量，为阻尼器的阻尼系数，和分别为质点和质点的速度向量，为与质点相连的质点数目；

，为模拟操作力的弹簧的弹性系数，和分别为拖拽电缆过程中鼠标的前、后位置；

使用欧拉积分法对上述微分方程进行求解，获得电缆变形后质点在三维空间的位置以及速度；

2）根据管理属性、显示属性和力学属性之间的映射关系，实现电缆的变形显示；

根据变形前后质点位置计算平移量，根据计算旋转量，得到变形前后质点所在端截面顶点的空间位置变换矩阵，和分别为变形前后质点所在端截面的法向矢量；根据空间位置变换矩阵完成面片层三角面片的更新，从而实现电缆的变形显示。

上述柔性电缆变形仿真方法，其中，所述管理属性包括电缆基本信息和接插件信息。

上述柔性电缆变形仿真方法，其中，所述电缆基本信息中电缆材质决定了力学属性中的质点弹簧系数、和。

上述柔性电缆变形仿真方法，其中，所述显示属性还包括电缆的几何信息以及拓扑信息。

本发明的柔性电缆变形仿真方法采用面片层、截面层和分支层构成的层次结构显示电缆，并利用力学属性与显示属性之间的映射关系实现电缆的变形显示，从而实现了虚拟装配环境中电缆实时动态调整，这就避免了电缆设计中实际物理样机上的反复试安装，节省了产品研发周期和成本。

附图说明

本发明的柔性电缆变形仿真方法由以下的实施例及附图给出。

图1是本发明的柔性电缆变形仿真方法的示意图。

图2是本发明中管理属性、显示属性和力学属性示意图。

图3是本发明中连接两个质点的弹簧–阻尼器示意图。

图4是本发明中弹簧质点系统中相邻质点数目示意图。

图5是本发明中模拟操作力的弹簧系统示意图。

图6是本发明中电缆变形前后三角面片更新示意图。

图7是本发明中电缆操作方式示意图。

具体实施方式

以下将结合图1～图7对本发明的柔性电缆变形仿真方法作进一步的详细描述。

参见图1，本发明的柔性电缆变形仿真方法包括：

1）采用管理属性、显示属性和力学属性描述电缆；

（1）管理属性，指与电缆零件管理相关的信息，可以归纳为电缆基本信息和接插件信息；电缆基本信息包括电缆ID、电缆名称、物理属性、电气属性等，用于电缆的标识；接插件信息主要描述电缆零件所包含的接插件的信息，如接插件编号、型号、针数、端接方式和出线方式等；

一方面，管理属性用于指导显示属性完成电缆及接插件的显示效果；另一方面，管理属性中的电缆基本信息将用于建立力学属性中电缆受力变形模型；