312 lines
11 KiB
C++
312 lines
11 KiB
C++
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#pragma once
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/**
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* @file sheet_metal.h
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* @brief 钣金设计模块 — 对标 Parasolid Sheet Metal
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*
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* 提供钣金件的展开、折弯扣除、法兰创建和 K-factor 计算功能。
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* 对标业界标准钣金设计工作流。
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*
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* ## 功能概览
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*
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* | 操作 | 对标 Parasolid 功能 |
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* |------------------------|---------------------------------------|
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* | unfold_sheet_metal | Unbend / Flatten |
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* | bend_deduction_table | Bend Allowance / Deduction Table |
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* | create_flange | Flange / Edge Flange |
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* | compute_k_factor | K-Factor Calculation |
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*
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* ## 钣金术语
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*
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* - **K-Factor**: 中性轴位置比例 (0~1)，通常取 0.33~0.5
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* - K = t_neutral_axis / t (t = 板厚)
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* - **Bend Allowance (BA)**: 折弯区展开长度
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* - BA = (π × (R + K×T) × A) / 180
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* - **Bend Deduction (BD)**: 折弯扣除值
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* - BD = 2 × OSSB - BA
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* - OSSB = (R + T) × tan(A/2) (外侧退让量)
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*
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* @ingroup brep
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*/
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#include "vde/brep/brep.h"
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#include "vde/brep/direct_modeling.h"
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#include "vde/core/point.h"
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#include "vde/core/transform.h"
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#include <string>
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#include <vector>
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#include <map>
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#include <cmath>
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namespace vde::brep {
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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// 材料与折弯表
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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/**
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* @brief 钣金材料定义
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*
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* 包含材料的力学特性，用于 K-factor 计算和折弯扣除。
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*/
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struct SheetMetalMaterial {
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std::string name; ///< 材料名称（如 "Steel_A36", "Aluminum_6061"）
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|
double yield_strength_mpa = 250.0; ///< 屈服强度 (MPa)
|
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|
|
double tensile_strength_mpa = 400.0; ///< 抗拉强度 (MPa)
|
|||
|
|
double elastic_modulus_gpa = 200.0; ///< 弹性模量 (GPa)
|
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|
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double poisson_ratio = 0.3; ///< 泊松比
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|
};
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/**
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|
* @brief 折弯扣除表条目
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*
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|
* 记录特定材料/厚度/角度/半径组合下的折弯扣除值。
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*/
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struct BendDeductionEntry {
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double thickness = 1.0; ///< 板厚 (mm)
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|
double bend_radius = 1.0; ///< 折弯内半径 (mm)
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|
|
double bend_angle_deg = 90.0; ///< 折弯角度（度）
|
|||
|
|
double bend_deduction = 0.0; ///< 折弯扣除值 (mm)
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|||
|
|
double k_factor = 0.33; ///< 使用的 K-factor
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|
|
};
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/**
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|
* @brief 折弯扣除表
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|
*
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* 材料/厚度 → 折弯扣除值的查找表。
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* 支持精确半径匹配和插值逼近。
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*/
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class BendDeductionTable {
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public:
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/// 添加一条记录
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void add_entry(const BendDeductionEntry& entry);
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/// 通过精确匹配查找
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[[nodiscard]] BendDeductionEntry lookup(
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|
double thickness, double bend_radius, double bend_angle_deg) const;
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/// 通过插值查找（未找到精确匹配时）
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[[nodiscard]] BendDeductionEntry lookup_interpolated(
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double thickness, double bend_radius, double bend_angle_deg) const;
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/// 获取表大小
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[[nodiscard]] size_t size() const { return entries_.size(); }
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|
/// 获取所有条目
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|
[[nodiscard]] const std::vector<BendDeductionEntry>& entries() const {
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return entries_;
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|
}
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|
private:
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|
std::vector<BendDeductionEntry> entries_;
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};
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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// K-Factor 计算
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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/**
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* @brief 计算 K-Factor
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*
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* K-Factor = 中性轴到内表面的距离 / 板厚
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*
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* 使用经验公式，基于材料屈服强度和板厚：
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* - 软材料 (低碳钢): K ≈ 0.33
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* - 中等材料: K ≈ 0.40
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* - 硬材料 (不锈钢): K ≈ 0.45~0.50
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*
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* 更精确的计算考虑 R/T 比率：
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* - R/T < 1.0: K = 0.25 + 0.1 × (R/T)
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|
* - 1.0 ≤ R/T < 3.0: K = 0.33 + 0.05 × (R/T)
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|
* - R/T ≥ 3.0: K = 0.45 + 0.02 × (R/T), 上限 0.5
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*
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|
* @param material 材料属性
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* @param thickness 板厚 (mm)
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* @param bend_radius 折弯内半径 (mm)
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* @return K-factor 值 (0.0 ~ 0.5)
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*/
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[[nodiscard]] double compute_k_factor(
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const SheetMetalMaterial& material,
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double thickness,
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double bend_radius);
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/**
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* @brief 快速 K-Factor 估算（材料无关）
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*
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|
* @param thickness 板厚 (mm)
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|
* @param bend_radius 折弯半径 (mm)
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|
* @return 估算的 K-factor
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|
*/
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|
[[nodiscard]] double compute_k_factor_simple(
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|||
|
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double thickness, double bend_radius);
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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// 折弯计算
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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/**
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|
* @brief 计算折弯余量 (Bend Allowance)
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*
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* BA = (π/180) × (R + K×T) × A
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*
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|
* @param bend_radius 折弯内半径
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|
* @param thickness 板厚
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|
* @param bend_angle_deg 折弯角度（度）
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* @param k_factor K-factor
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|
* @return 折弯余量长度 (mm)
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*/
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|
|
[[nodiscard]] double compute_bend_allowance(
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|||
|
|
double bend_radius, double thickness,
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|||
|
|
double bend_angle_deg, double k_factor);
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|||
|
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/**
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|
* @brief 计算折弯扣除 (Bend Deduction)
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*
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* BD = 2 × OSSB - BA
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|
|
* OSSB = (R + T) × tan(A/2)
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*
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|
* @param bend_radius 折弯内半径
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|
|
* @param thickness 板厚
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|
* @param bend_angle_deg 折弯角度（度）
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|
* @param k_factor K-factor
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|||
|
|
* @return 折弯扣除值 (mm)
|
|||
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|
*/
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|||
|
|
[[nodiscard]] double compute_bend_deduction(
|
|||
|
|
double bend_radius, double thickness,
|
|||
|
|
double bend_angle_deg, double k_factor);
|
|||
|
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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// 折弯扣除表生成
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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/**
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|
|
* @brief 为指定材料和厚度范围生成折弯扣除表
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|
*
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|
* 自动计算 90° 折弯在不同板厚和内半径下的扣除值。
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* 使用该材料的 compute_k_factor 确定 K-factor。
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|
*
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|
* @param material 钣金材料
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|
* @param thickness 板厚 (mm)
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|
* @param radii 要计算的内半径列表
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|
|
* @return 生成的折弯扣除表
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|||
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*/
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|
[[nodiscard]] BendDeductionTable bend_deduction_table(
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|
|
const SheetMetalMaterial& material,
|
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|
|
double thickness,
|
|||
|
|
const std::vector<double>& radii = {0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0});
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|||
|
|
|
|||
|
|
/**
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|||
|
|
* @brief 为指定材料和折弯角生成折弯扣除表（多角度）
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|
*
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|
|
* @param material 钣金材料
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|
* @param thickness 板厚 (mm)
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|
|
* @param radius 折弯内半径 (mm)
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|||
|
|
* @param angles_deg 角度列表
|
|||
|
|
* @return 生成的折弯扣除表
|
|||
|
|
*/
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|
|
[[nodiscard]] BendDeductionTable bend_deduction_table_angles(
|
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|
|
const SheetMetalMaterial& material,
|
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|
|
double thickness, double radius,
|
|||
|
|
const std::vector<double>& angles_deg = {30, 45, 60, 90, 120, 135, 150});
|
|||
|
|
|
|||
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|
// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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|
// 钣金展开
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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|
/**
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|
|
* @brief 钣金展开结果
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|
|
*/
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struct UnfoldResult {
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/** @brief 是否成功 */
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|
bool success = false;
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/** @brief 展开后的平面 B-Rep */
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|
BrepModel flattened_body;
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|
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|
/** @brief 折弯面列表（展开前） */
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|
std::vector<int> bend_faces;
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|
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|
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|
|
/** @brief 各折弯的展开信息 */
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|
struct BendUnfoldInfo {
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int bend_face_id = -1; ///< 折弯面 ID
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double bend_angle_deg = 0.0; ///< 折弯角度
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|
|
double bend_radius = 0.0; ///< 折弯半径
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|
|
double unbend_length = 0.0; ///< 展开长度
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|
|
};
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|
std::vector<BendUnfoldInfo> bend_details;
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/** @brief 使用的 K-Factor */
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|
double k_factor_used = 0.33;
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|
/** @brief 错误/警告 */
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|
|
std::vector<std::string> errors;
|
|||
|
|
std::vector<std::string> warnings;
|
|||
|
|
};
|
|||
|
|
|
|||
|
|
/**
|
|||
|
|
* @brief 钣金展开
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|
*
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|
* 对标 Parasolid Unbend/Flatten。
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* 将钣金件的折弯面展开为平面布局。
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*
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* 算法：
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* 1. 识别基准面（face_id 指定的面）
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* 2. BFS 遍历相邻面，识别折弯面（柱面或锥面）
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* 3. 对每个折弯面计算展开长度（使用 K-factor）
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* 4. 将折弯面映射到基准面所在平面
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* 5. 重建平坦拓扑
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*
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* @param body 钣金 B-Rep 模型
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* @param face_id 基准面索引（展开时的固定参考面）
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* @param material 钣金材料（用于 K-factor 计算）
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* @param thickness 板厚 (mm)，0 表示自动从模型估算
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* @return UnfoldResult 含展开后的平面模型
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*/
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[[nodiscard]] UnfoldResult unfold_sheet_metal(
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|
|
const BrepModel& body, int face_id,
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|
const SheetMetalMaterial& material = SheetMetalMaterial{},
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double thickness = 0.0);
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|
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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// 法兰创建
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// ═══════════════════════════════════════════════════════════
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/**
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|
* @brief 法兰创建结果
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|
*/
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struct FlangeResult {
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|
bool success = false;
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BrepModel body; ///< 含新法兰的结果体
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|
std::vector<int> new_face_ids; ///< 新创建的面 ID 列表
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|||
|
|
std::vector<int> new_edge_ids; ///< 新创建的边 ID 列表
|
|||
|
|
std::vector<std::string> errors;
|
|||
|
|
std::vector<std::string> warnings;
|
|||
|
|
};
|
|||
|
|
|
|||
|
|
/**
|
|||
|
|
* @brief 沿边创建法兰
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|
|
*
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|
|
* 对标 Parasolid Flange / Edge Flange。
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|
* 沿钣金件的一条边创建折弯法兰。
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*
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* 算法：
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* 1. 确定边所属的基面
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* 2. 计算折弯线（沿边的偏移）
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* 3. 生成折弯区的柱面
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* 4. 生成法兰面的平面曲面
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* 5. 通过布尔或拓扑编辑将法兰附加到模型
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*
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* @param body 输入钣金 B-Rep 模型
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* @param edge_id 附着边索引
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* @param angle_deg 法兰折弯角度（度），90=标准法兰
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* @param length 法兰长度（从折弯线到法兰自由边的距离）
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|
* @param material 钣金材料
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|
* @param thickness 板厚 (mm)，0 表示自动估算
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|
* @return FlangeResult 含新模型
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|
*/
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|
[[nodiscard]] FlangeResult create_flange(
|
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|
|
const BrepModel& body, int edge_id,
|
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|
|
double angle_deg, double length,
|
|||
|
|
const SheetMetalMaterial& material = SheetMetalMaterial{},
|
|||
|
|
double thickness = 0.0);
|
|||
|
|
|
|||
|
|
} // namespace vde::brep
|