四面体模型质量度量准则及其之间的关系

四面体模型质量度量准则是评价网格模型质量的标准,但长期以来,对四面体单元质量的度量和评价并没有公认的标准。因此,本文对常用的四面体网格模型质量度量准则进行总结,并从理论上证明了各质量度量准则之间的关系,同时通过实验分析各质量度量准则之间的这种关系是否成立。分析认为在优化四面体模型时,不能仅仅采用某一种度量标准来评价网格的质量,应根据不同的四面体类型,采用不同的准则或将几种准则联合起来对四面体模型质量进行度量。     

去除表面凸小特征的四面体网格质量优化算法

针对现有四面体网格优化算法难以解决表面凸小特征区域网格质量差的问题,提出了基于改进优化操作算子的去除表面凸小特征的四面体网格质量优化算法。首先利用边分裂对凸小特征区域网格进行插点,构建出凸小特征尺度方向的短边。然后利用节点合并对短边进行合并,并提出决定节点合并方向的减体积合并准则。针对合并过程中可能出现的错误四面体问题,给出了二分法调整节点位置的解决方法。节点合并后,形成新的网格拓扑,使网格不再覆盖凸小特征区域,从而达到去除表面凸小特征和提高网格质量的目的。最后,通过若干带有表面凸小特征的网格优化的典型算例,验证了本文算法的有效性。     

薄元分解与Laplacian光顺相结合的四面体有限元网格优化方法

提出一种有效的三维实体四面体有限元网格质量优化方法以满足有限元分析对网格质量的要求.对薄元分解法进行改进,改进的薄元分解法更全面地考虑了各种劣质单元类型,能够对三维实体网格剖分中产生的各种类别的孤立劣质单元进行有效的分解;将改进的薄元分解法与Laplacian光顺优化方法相结合以解决某些网格剖分算法如推进波前法和Delaunay三角化方法产生的非孤立劣质单元问题.经过实例检验,本文提出的四面体单元网格优化算法健壮有效、易于实现,能够显著提高最差单元的质量.     

四面体单元网格加密过程中的曲面逼近算法及程序实现

本文介绍了一种在四面体单元网格的加密过程中实现曲面逼近的算法．单元加密采用了最长边加密算法．曲面逼近实现了对二次曲面的逼近功能．当加密点所在边是边界面上的边时,将该点挪到对应的边界面上．挪动时根据该边所参与的两个边界三角形面的法向方向来确定加密点的挪动方向,再结合二次曲面方程来计算出挪动后点的新坐标．算例表明,对于由二次曲面边界围成的物体,这种算法能够有效地实现网格加密过程中的曲面边界逼近功能．     

三维域四面体网格生成的推进网阵方法和网格光顺

本文讨论了应用推进网阵方法在任意形状三维块体内的四面体元网格的生成过程，建成了这个过程中一个典型四面体元生成的一般方案，提出了一个简便的在三维非平面表面域上三角形网格的广义Ｌａｐｌａｃｉａｎ光顺方案和一个块体域内四面体元网格的光顺方案，给出的一些图形结果表明了所提出的网格生成器及其程序的功能和质量。本文工作已作为前处理机在英国有限元分析软件公司ＦＥＡＬｔｄresume     

三维域四面体网格生成的推进网阵方法和网格光顺

本文讨论了应用推进网阵方法在任意形状三维块体内的四面体元网格的生成过程,建议了这个过程中一个典型四面体元生成的一般方案,提出了一个简便的在三维非平面表面域上三角形网格的广义Ｌａｐｌａｃｉａｎ光顺方案和一个块体域内四面体元网格的光顺方案,给出的一些图形结果表明了所提出的网格生成器及其程序的功能和质量。本文工作已作为前处理机在英国有限元分析软件公司ＦＥＡＬｔｄ的通用有限元程序ＬＵＳＡＳ中实现。     

面向复杂几何模型的并行四面体网格生成方法

面向大规模工程计算等数值模拟领域,提出了一种支持复杂几何模型的大规模四面体网格并行生成方法。该方法以复杂几何模型作为输入,首先采用串行网格生成方法生成初始四面体网格,然后通过两级区域分解方法将初始网格分解为多个子网格并分配到相应的进程中,进程间并行地提取出子网格的表面网格,并基于几何模型对面网格进行贴体加密,最后对加密后的面网格采用Delaunay方法重新生成四面体网格,该方法可以更好地适应高性能计算机体系结构,较好地克服了并行方法中并行性能和网格质量不能兼顾的问题。对三峡大坝模型进行测试和验证,证明该方法具有良好的并行效率和可扩展性,可以在数万处理器核上并行生成数十亿高质量四面体网格。     

一类多线程并行四面体网格优化算法

提出了一类多线程并行、组合了光滑化与局部重连操作的四面体网格优化算法。采用传统的基于拓扑的数据分解策略实现了并行光滑化算法,利用图染色算法将待光滑化的点分解成多个独立点集。同时提出将一类基于几何的数据分解策略应用于局部重连操作的并行化,在每个局部重连操作涉及的几何区域中定义一个特征点,然后沿希尔伯特(Hilbert)曲线对特征点进行排序,曲线的均匀分解对应局部重连操作在各线程的分配。这一分配策略的优点是使并行执行局部重连操作时重连区域相互干涉的情形极少出现。因此,当干涉情形出现时,可选择放弃产生干涉的操作,并行优化效率和效果并无明显的负面影响。最后,数值实验验证了本文算法的效率和有效性。     

任意多面体边界一致四面体网格生成方法

提出一种能够满足多面体边界几何与拓扑约束的边界一致恢复算法,解决了任意多面体的边界一致四面体网格生成问题。在恢复多面体的几何约束时,边界上可能会引入Steiner点,这样就不满足拓扑约束。对此,本文采用动态规划方法将Steiner点从边界上消除,修复与其相关四面体单元的拓扑关系,以保持原多面体边界的拓扑完整性,并采用扩展的Laplacian光顺算法优化劣质单元。在理论上,本文算法能够保证完整地恢复任意多面体的边界。算例表明,本文提出的边界一致恢复算法鲁棒性高,可应用于复杂多面体模型。     

大量椭球颗粒随机分布三维区域的模拟及其四面体网格快速生成算法

针对颗粒为椭球形状并且随机分布的多相复合材料给出了三维情形下的计算机模拟方法,并对此复杂区域提供了一种四面体网格快速生成算法。此方法的基本思想:首先是根据材料的要求,给出随机颗粒材料的计算机模拟,然后对模拟后的颗粒边界初始化,得到一些初始剖分点,并给出剖分区域的初始网格(正四面体),接着把颗粒的初始边界点投入到剖分区域中,替换区域中靠此点近的点,并且采用加点寻找边界的方法和修正初始点方法来解决四面体穿刺边界问题,从而得到整个区域的四面体网格。最后用实例说明了算法的有效性。     

三维六面体有限元网格自动划分中的一种单元转换优化算法

本文采用十节点曲边四面体转换为六面体网格,并采用非线性约束优化算法取Ｌａｐｌａｃｉａｎ光滑处理算法有效地提高六面体单元的质量,实现了对任意实体的六面体网格自动划分。     

Local mesh adaptation technique for front tracking problems

A numerical model is developed for the simulation of moving interfaces in viscous incompressible flows. The model is based on the finite element method with a pseudo-concentration technique to track the front. Since a Eulerian approach is chosen, the interface is advected by the flow through a fixed mesh. Therefore, material discontinuity across the interface cannot be described accurately. To remedy this problem, the model has been supplemented with a local mesh adaptation technique. This latter consists in updating the mesh at each time step to the interface position, such that element boundaries lie along the front. It has been implemented for unstructured triangular finite element meshes. The outcome of this technique is that it allows an accurate treatment of material discontinuity across the interface and, if necessary, a modelling of interface phenomena such as surface tension by using specific boundary elements. For illustration, two examples are computed and presented in this paper: the broken dam problem and the Rayleigh–Taylor instability. Good agreement has been obtained in the comparison of the numerical results with theory or available experimental data. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

简单高效的面向对象四叉树有限元网格生成技术研究

用面向对象的思想和方法与四叉树有限元网格生成结合 ,创建或改进了网格生成各个阶段的算法和实现方式 ,并在面向对象语言 VC 6 .0中得以实现。能快速、高效地生成适用于任何复杂边界的四叉树有限元网格 ,易于自适应 ,易于局部加密和稀疏化。     

A deforming finite element mesh for use in moving one-dimensional boundary wave problems

The finite element method is developed to solve the problem of wave run-up on a mild, plane slope. A novel approach to implementing a deforming mesh of one-dimensional, three-node, isoparametric elements is described and demonstrated. The discrete time interval (DTI), arbitrary Lagrangian–Eulerian (ALE) and space–time element (STE) methods are used to solve the unsteady one-dimensional shallow water wave equations. The boundary condition required is simply the seaward water surface elevation, and although the method has only been tested for monochromatic waves, it should be equally valid for any sea state which can be described as a water surface elevation as a function of time. All three solution methods are shown to given good results. Time histories of the terms of the governing equations are calculated and used to demonstrate how the ALE and STE methods account for mesh deformation. The model could be extended to two dimensions, which would have practical application to the run-up of obliquely incident waves. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.     

A new method of quality improvement for quadrilateral mesh based on small polygon reconnection

In this paper, a new method of topological cleanup for quadrilateral mesh is presented. The method first selects a patch of mesh around an irregular node. It then seeks the best connection of the selected patch according to its irregular valence using a new topological operation: small polygon reconnection (SPR). By replacing the original patch with an optimal one that has less irregular valence, mesh quality can be improved. Three applications based on the proposed approach are enumerated: (1) improving the quality of a quadrilateral mesh, (2) converting a triangular mesh to a quadrilateral one, and (3) adapting a triangle generator to a quadrilateral one. The presented method is highly effective in all three applications.     

基于重叠划分的自由网格四边形单元计算方法

提出了一种基于重叠划分的自由网格四边形单元计算方法。这一方法将四边形单元引入到自由网格计算方法中,不仅提高了计算的精度,同时还保留了自由网格计算方法的特点。方法首先对分析域内自动生成的每一个节点建立一套临时三角形单元,利用这些临时三角形单元组合生成四边形单元,以节点为单位进行计算。由于各矩阵的计算与组集均以节点为中心进行处理,因而特别适合于并行计算环境。在详细介绍自由网格四边形单元计算方法的基础上,利用数值算例证实了这一方法改善计算精度方面的有效性。     

基于点球弹簧修匀法的混合网格变形并行算法

针对二维/三维混合网格,提出基于点球弹簧修匀法的并行网格变形算法。按特定模板将混合网格中的非三角形/四面体单元分解成三角形/四面体单元。针对每个内部节点及其相邻节点建立相应的子弹簧系统,并通过增加Ball-Vertex弹簧避免弹簧系统的塌陷问题。由于点球弹簧法在计算中逐点对网格内部节点进行计算,在计算过程中具有良好的弱耦合性质,因此有利于算法并行化。在并行化时仅需对网格进行虚拟分区操作,不必进行复杂的几何分区操作,同时避免了混合网格不同单元之间的兼容性问题。该方法适用于具有复杂外形的大规模混合网格的变形问题,能够显著提高网格变形的效率,同时具有良好的适应性。