轿车车身壳体曲面零件的仿生设计研究

李宇鹏 孙洪胜 刘鸣华 赵永昌 张世珍

（①燕山大学，河北秦皇岛 066004;②北京工研精机股份有限公司，北京 101312）

仿生设计是一种创造性的现代设计方法，是以探求自然界生物体的结构和固有特性作为创新设计的基础［1］。轿车车身不仅要满足人们的审美观，更重要的是要具有安全性。本文基于轿车车身的当代造型趋势，依据车身壳体件的特征与要求，选择甲鱼壳为原型体，应用逆向工程技术重构甲鱼壳原始曲面，并对其进行拟合、力学分析等工作，在甲鱼壳重构模型基础上二次研发出新型车身壳体。

1 甲壳仿生曲面的重建

甲鱼壳如图1a所示，由壳体、骨骼等构成，其测量特征线为脊骨线、肋骨线、壳体边界线;用CMM获取甲鱼壳结构数据点云如图1b所示。

利用Pro/E通过编辑定义的形式对点云去噪。特别是Pro/E新增的小平面特征可纠正设备误差引起的点云数据错误，能更好地对点云去噪、精简、平滑滤波、数据修补、三角网格划分和三角面处理等［2］，处理后的数据点云如图2所示。

采用在Pro/E造型工具内建立特征线，然后通过独立几何工具对特征线进行修改，采用边界混合的四边域曲面建模方式重构曲面如图3所示。

2 仿生重构误差分析

因原型体为生物壳体，分析仿生误差时只能判定原始点云与仿生曲面的几何误差，该误差主要是CAD造型软件的实体造型误差及曲线、曲面的拟合误差［3］。采用原始数据点至仿生曲面的最小距离来表示仿生误差，只要最大距离不超过给定的阈值，则认为曲面模型合格。……