一、研究的目的和意义在过去几十年,计算机在工程学科领域内得到了革命化的影响,特别是设计与分析。其中最近几年常见的方法主要是有限元分析,但有限元分析首先需要网格化。网格化主要分为四面体和六面体网格,在分析过程中六面体网格可以效率更高,但是目前还没有完全自动生成鲁棒的六面体网格算法. 有限元法是一种有效地求解各类复杂工程和科学计算问题的近似数值解法 ,主要用于分析物体在工作环境下的线性和非线性静动态特性等性能 ,现已广泛应用到力学、热学、电磁学等各个领域. 有限元网格划分作为有限元前处理的关键技术 ,因其工作量大、耗时且复杂 ,而成为有限元分析过程的主要瓶颈. 近 20 年来 ,有限元网格自动生成算法得到快速发展和广泛应用 ,并极大地减轻了网格划分的工作量 ,但针对三维复杂实体 ,目前只能实现四面体网格的全自动划分. 六面体网格较之四面体网格具有单元数少、求解效率高、计算精度好等许多无法比拟的数值优势,因而成为近年来有限元网格划分领域的研究热点. 众多学者致力于六面体网格生成方法研究 ,但复杂三维实体六面体网格全自动生成问题始终未能获得真正意义上的解决. 将复杂几何模型拆分成多个简单规则的几何形体 ,再分别应用已经成熟且算法执行效率很高的映像法或扫掠法生成六面体网格 ,这是目前主流商业化网格生成软件所采用的方法. 其中 ,扫掠法是由二维或三维四边形有限元网格通过旋转、扫掠、拉伸等操作形成六面体网格的一种方法 ,也是目前最通用、最稳定的六面体网格生成算法之一。
二、设计(论文)的主要内容扫掠体 ,亦称为 2 1/2 维实体 ,一般由源面、目标面和扫掠面三部分组成. 扫掠体按源面和目标面的对应数目可以分为 :一对一、多对一和多对多等 3 类扫掠体. 直接生成多对一和多对多扫掠体的六面体网格较困难 ,通常的做法 是将多对一和多对多扫掠体拆分成简单的一对一扫掠体 ,再分别进行六面体网格划分. 因此 ,一对一扫掠算法是所有复杂扫掠算法的基础.
目前在单轴扫成体上已经发展的相对成熟了,但是对于已有扫成体上在侧面拉伸出来的扫成体,或者是多次拉伸的情况都没有一个很好的解决方案。所以对于这种情况,结合已有的单轴扫成体网格生成算法,实现一般化的扫成体网格生成算法。难点在于使得不同扫成方向的扫成体之间在贴合面上的网格能够保证一致。从而对任意复杂的实体模型,在经过扫成体分解后,都能够生成高质量的连续的六面体网格。生成的六面体网格可用于有限元分析等领域。
三、实施方案
大步骤:
1.将多轴的扫成体转化成单源面单目标面的扫成体
2位于同一个扫成体侧面的贴合面分为一组,同时网格化
3.网格化侧轴
4.网格化主轴难点在于贴合面的网格化,对于形成这种非结构化的四边形,我们采用grafting算法:
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