一种新的准结构网格生成方法

在有限元分析中，高质量的结构网格可以有效地提高有限元分析的精度，但结构网格的几何适应性差，针对复杂边界的二维计算模型，现有的方法很难自动生成高质量的结构网格；而非结构网格几何适应性很好，但存在计算效率低和精度差等问题。提出了一种新的准结构网格生成方法，能够实现复杂区域的网格自动生成并且具有高网格质量。该方法首先对计算区域运用Delaunay三角剖分技术生成粗背景网格；然后利用背景网格，使用优化的Voronoi图生成过渡的蜂巢网格；最后，通过中心圆方法对蜂巢网格单元进行结构网格剖分。分析NACA0012翼型数值模拟结果表明，提出的新准结构网格生成方法能够对边界复杂的模型自动生成高质量的网格，并且通过三种不同拓扑类型网格计算结果相互对比及与实验结果对比，证明准结构网格具有高计算精度。     

基于AFT-Delaunay的二维解耦并行网格生成算法

面向平面任意几何区域网格生成,提出了一种将波前法AFT(Advancing Front Technique)与Delaunay法相结合的解耦并行网格生成算法。算法主要思想是沿着求解几何区域惯性轴,采用扩展的AFT-Delaunay算法生成高质量三角形网格墙,递归地将几何区域动态划分成多个彼此解耦的子区域;采用OpenMP多线程并行技术,将子区域分配给多个CPU并行生成子区域网格;子区域内部的网格生成复用AFT-Delaunay算法,保证了生成网格的质量、效率和一致性要求。本算法优先生成几何边界与交界面网格,有利于提高有限元计算精度;各个子区域的网格生成彼此完全解耦,因此并行网格生成过程无需通信。该方法克服了并行交界面网格质量恶化难题,且具有良好的并行加速比,能够全自动、高效率地并行生成高质量的三角网格。     

多特征几何体的全六面体网格自动生成方法

有限元分析的精度和效率与网格划分的质量有直接关系.目前尚缺乏一种普适性的自动网格划分方法,尤其是对于具有多种几何特征的复杂模型,现有的六面体网格自动划分算法存在不同几何特征间的网格兼容性较差以及孔状特征周围网格质量不高的问题.对此本文提出一种基于映射法的六面体网格自动生成方法,在映射法的基本框架下,将物理空间中的复杂几何体映射为计算空间中的规则几何体,引入边界顶点分类,将复杂几何体边界进行简化,将子域约束进行连接,寻找贯穿边界,以使映射网格在约束特征间兼容;对圆弧特征进行等效转化,降低曲率过大对于网格过渡的影响.实例验证表明,本方法稳定可靠,生成的六面体网格质量较高,能够解决多特征复杂几何体六面体网格自动划分问题.     

高质量点集的快速局部网格生成算法

高效及高质量的局部网格生成算法是基于节点有限元并行方法设计的关键。泡泡布点算法能够在复杂区域上不经过人工干预生成高质量的节点集,本文提出了基于该方法所生成的节点集的快速局部网格生成算法。该算法充分利用泡泡布点方法提供的节点集及节点邻接链表信息,避免了桶数据结构的建立以及节点的局部搜索过程,只需应用Delaunay三角剖分的外接圆准则从中心节点的邻接链表中去除极少数的非卫星点,可快速地生成局部网格,比现有的局部网格生成算法更为快捷。算例结果表明,该算法高效可靠,生成网格与Delaunay三角剖分网格一致。     

基于图像四叉树的改进型比例边界有限元法研究

为提高数值计算的精度, 断裂力学问题的数值模拟需要在裂纹扩展的局部区域采用较密的网格, 而远离裂纹扩展的区域可采用较疏的网格, 且对于裂纹扩展问题的数值模拟, 大多数数值方法又存在局部网格重剖分的问题. 论文提出了一种基于图像四叉树的改进型比例边界有限元法用于模拟裂纹扩展问题, 该方法可根据结构域几何外边界的图像全自动进行四叉树网格剖分, 无需任何人工干预, 网格剖分效率极高, 由于比例边界有限元法本身的优势, 四叉树网格的悬挂节点可以直接地视为新的节点, 无需任何特殊处理. 通过引入虚节点的思想, 将裂纹与四叉树单元边界交叉点作为虚节点, 虚节点的自由度作为附加自由度处理, 并采用水平集函数表征材料内部的裂纹面, 含不连续裂纹面的子域可通过节点水平集函数识别, 使得裂纹扩展时无需进行网格重剖分, 界面的几何特征通过比例边界有限元子域的附加自由度表征. 最后, 通过若干算例验证了该方法的性能, 建议的改进型比例边界有限元法在求解复合型应力强度因子和模拟材料内部裂纹扩展路径时均具有较高的精度.      

复杂三维组合曲面的有限元网格生成方法

提出一种基于映射法的复杂三维组合曲面的有限元网格全自动生成方法。通过引入虚边界解决了闭合曲面在参数域中边界不完整的问题；通过调节虚边界提高了复杂组合曲面网格生成的质量。改进二维多边形区域的裁减算法，解决了闭合曲面在参数空间中的边界环形成问题。对曲面片公共边界进行统一离散化处理，以满足有限元网格的相容性要求。以边界表示(B—Rep)数据结构为基础，实现了组合曲面全自动网格剖分的总成算法．改进了曲面网格剖分布点算法，并结合局部连接、诊断交换等技术，优化了网格的整体质量。     

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。     

基于网格框架的非结构附面层网格生成技术

附面层网格质量是确保计算流体力学粘性计算精度的关键技术环节.本文针对复杂外形提出了全局一致的高质量附面层网格构造算法,该方法基于针对特征的表面网格区域分解技术,利用表面网格分片后的边界线及其法向量构造最终附面层网格的轮廓框架线,并通过径向基函数及线性插值算法生成完整的附面层网格.通过典型算例分析可以看出,该方法生成的非结构附面层网格精度和全局一致性较高,且能够有效避免复杂外形附面层网格局部及全局交叉现象.     

基于非重叠Mortar方法的比例边界等几何分析

在比例边界等几何分析的建模剖分过程中会出现交界面网格非匹配现象,给计算分析带来困难。为了能够处理此类问题,提出了基于非重叠Mortar方法的比例边界等几何分析。该方法能在将全域分解为若干子域时,针对每个子域分别建模和剖分网格,交界面网格无需逐点匹配;采用交叉点修正的非均匀有理B-样条基函数构造Lagrange乘子空间,子域交界面连续条件可通过Mortar条件满足;并根据交界面连续条件进行自由度凝聚,得到对称正定的系数矩阵,可直接求解。分片试验、U形结构和半无限空间上的柔性基础等数值算例验证了本文方法的有效性,计算精度满足要求。     

任意平面区域的高质量有限元网格自动剖分

实现了任意平面区域的高质量三角形有限元网格自动剖分。初始化时利用广度优先搜索查找孔及凹槽中需删除的三角形 ,不需定义有向边界 ,可十分方便地定出实际剖分区域 ;给出了一种方便、快捷的点定位法 ,可大大提高程序运行速度 ;利用Delaunay网格优化算法实现了对三角形形状的控制 ,可使三角形最小角达到 35° ;分割坏三角形时 ,按最小角由小到大的顺序处理 ,使三角形网格在满足质量要求的同时网格数量较少     

一种三维表面网格自动生成方法

提出了一种改进的区域分解法,用于三维表面三角形和四边形网格的自动生成。基于区域分解法的三维表面网格生成的主要技术包括三维表面三角形面片拓扑关系的建立,表面三角形面片的分组及特征面的确定,空间曲线上网格节点的生成,区域内外边界的合并,最佳剖分面的确定,以及网格的光滑处理等。本文对这些技术进行了详细的介绍。本文提出的表面网格生成方法具有算法可靠、生成网格效率高以及生成网格质量高等优点。最后给出三维表面网格生成实例验证了本文提出方法的可靠性。     

一种简单快速的多块网格生成方法

利用有限元中的形函数进行网格插值映射分块生成网格,构造了一种块网格拓扑结构,使得块与相邻块之间自动组合,并利用该方法对二维、三维复杂区域进行分块网格生成,说明该方法生成的网格质量较好,适合于复杂区域分块求解。     

基于混凝土裂纹数字图像的有限元网格生成

通过结合数字图像处理技术、边界矢量化技术与有限元网格自动生成技术,提出了基于数字图像的混凝土构件裂纹有限元分析方法。本文以混凝土裂纹为研究对象,先采用Canny算子提取裂纹边缘,对中断的边缘和伪边缘利用顺序边缘连接算法进行连接和剔除;然后,通过矢量化技术将裂纹边界拟合成小线段;最后在矢量化边界的基础上,利用自动生成技术生成裂纹结构的有限元网格,实现对裂纹区域受力情况的分析。实验结果表明:本文提出的方法可实现混凝土结构裂纹的图像监测与力学分析的一体化,能够大幅提高现役结构的评估速度和效率。     

任意平面区域三角形网格的全自动生成算法

本文基于波前法提出了一种对任意平面区域生成三角形网格自动生成算法。算法具有区域适应性强,边界网格质量高,自动化程度高的优点。算法还包括了网格的拓扑优化,光滑及加密处理。此外,初边值条件的自动给定大大减少了数值计算中数据输入和避免了边界搜索计算。大量算例显示了算法的可靠性和适用性。     

不可压粘性流体浸入边界直接力法及软件实现

浸入边界法通过在N-S方程中施加体积力模拟不可滑移固壁边界及动边界,避免生成复杂贴体网格及动网格,极大地节省了网格建模时间及动网格计算消耗。本文提出一种新型附加体积力简化计算方法,将简化附加体积力以源项形式嵌入动量方程迭代中,通过用户自定义函数对CFD软件FLUENT二次开发,实现了浸入边界法和通用流体力学求解器的耦合计算。通过静止圆柱和动圆柱绕流数值模拟进行了验证,并探讨了插值函数对计算精度的影响。研究表明,通过引入浸入边界模型,能够提高计算效率,并实现结构网格背景下复杂边界和动边界的高效建模。     

不可压粘性流体浸入边界直接力法及软件实现

浸入边界法通过在N-S方程中施加体积力模拟不可滑移固壁边界及动边界，避免生成复杂贴体网格及动网格，极大地节省了网格建模时间及动网格计算消耗。本文提出一种新型附加体积力简化计算方法，将简化附加体积力以源项形式嵌入动量方程迭代中，通过用户自定义函数对CFD软件FLUENT二次开发，实现了浸入边界法和通用流体力学求解器的耦合计算。通过静止圆柱和动圆柱绕流数值模拟进行了验证，并探讨了插值函数对计算精度的影响。研究表明，通过引入浸入边界模型，能够提高计算效率，并实现结构网格背景下复杂边界和动边界的高效建模。     

复杂无粘流场数值模拟的矩形/三角形混合网格技术

建立了一套模拟复杂无粘流场的矩形／三角形混合网格技术，其中三角形仅限于物面附近，发挥非结构网格的几何灵活性，以少量的网格模拟复杂外型；同时在以外的区域采用矩形结构网格，发挥矩形网格计算简单快速的优势，有效地克服全非结构网格计算方法需要较大内存量和较长ＣＰＵ时间的不足．混合网格系统由修正的四分树方法生成．将ＮＮＤ有限差分与ＮＮＤ有限体积格式有机地融合于混合网格计算，消除了全矩形网格模拟曲边界的台阶效应，同时保证了网格间的通量守恒．数值实验表明本方法在模拟复杂无粘流场方面的灵活性和高效性．     

自适应多重网格有限元网格生成器研制

基于协调三角形剖分算法、分子表数据结构和Ｚｉｅｎｋｉｅｗｉｃｚ－Ｚｈｕ误估计方法，本文研制出适用于自适应多重网格有限元的网格生成器，该网格生成器可对复杂的区域进行自适应加密。当荷载作用边界随时间变及在动力荷载作用下，网格生成器可退化与再加密网格。     

自适应多重网格有限元网格生成器研制

基于协调三角形剖分算法、分子表数据结构和Ｚｉｅｎｋｉｅｗｉｃｚ－Ｚｈｕ误差估计方法，本文研制出适用于自适应多重网格有限元的网格生成器。该网格生成器可对复杂的区域进行自适应加密。当荷载作用边界随时间变化及在动力荷载作用下，网格生成器可退化与再加密网格。     

三维无网格Galerkin结构分析方法及其应用研究

针对无网格Galerkin法在三维复杂几何形状的结构分析中存在的刚度矩阵的稀疏存储实现难、六面体背景网格适应性差等问题,本文采用逐节点对法组装刚度矩阵,利用CSR格式存储刚度矩阵,提出了一种基于四面体背景积分的改进的三维无网格Galerkin法。通过采用罚函数法施加对称约束和给定位移值约束,并推导出了施加这两种位移约束的统一格式。利用所提算法完成了三维悬臂梁的计算,所得结果与其理论解相吻合;完成了轴流式风机轮毂的结构分析,得到的位移与应力分布结果与其有限元解相吻合。这表明本文所提方法能满足工程应用中的计算要求,并适用于具有复杂形状的几何模型分析。