前沿推进曲面四边形网格生成算法

将一类前沿推进三角形曲面网格生成算法拓展到曲面四边形网格生成。新算法逐个单元推进前沿,避免了铺路法（Paving）逐排推进方式的鲁棒性问题,针对四边形算法在理想点计算、候选点列表构建和新单元生成等环节存在的特殊技术问题给出了系统的解决方案。数值实验表明,本文算法能针对复杂的组合参数曲面自动生成全四边形网格,网格质量优于...     

三维约束Delaunay三角化的边界恢复和薄元消除方法

提出一种有效的三维约束Delaunay三角剖分的边界恢复算法，该算法综合了P．L．George算法和N．P．Weatherill算法的优点，通过将约束边和约束面加以恢复，保持了实体边界的完整性，解决了经典Delaunay算法不能剖分凹域的问题，从而实现了复杂三维实体的网格剖分。提出了一种简易而有效的消除薄元方法——薄元分解法，彻底解决了三维Delaunay三角剖分过程中所产生的薄元问题。实践证明，本文提出的边界恢复算法和薄元消除算法健壮有效，生成网格的质量高，并且易于实现。     

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。     

适应复杂外形的三维粘性混合网格生成算法

提出一类适应复杂外形的粘性混合网格生成算法。表面网格由前沿推进三角形曲面网格程序获得,边界层布置各向异性的三棱柱体网格,远物面区域采用Delaunay方法生成四面体网格。针对模型的复杂几何特征,综合采用了各种网格处理技术,以保证边界层网格的质量,并避免算法失效问题。网格实例及计算结果表明了本文算法的实用性及和效性。     

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。     

基于实体造型的三维有限元网格自动剖分

本文叙述了用八叉树法对三维实体进行有限元网格自动剖分算法的设计和实现。本文的算法对传统的八叉树法进行了一系列的改进，包括新型数据结构的建立，对八叉树结点属性判断算法的改进，边界结点体处理方法的改进等。使得本文的算法既保持了传统算法中自动化程度高、层次结构分明、适于再进行网格加密等特点，又克服了其所需存贮空间大、执行速度慢、边界处理复杂、边界单元形状质量不好等缺点，使算法的实现取得了令人满意的结果     

基于有限元弹性变形运算的全六面体网格生成方法研究

以映射法为基础并结合网格划分经验,提出了原理简单的六面体网格生成新办法.该方法根据物体轮廓选择初始网格,设定表面结点强制变形到目的曲面,经由有限元弹性计算确定内部节点的位置.在检查全体单元质量以后,调整畸形单元从而生成目的网格.通过为一个复杂的马头门模型构建全六面体网格,最后证明了本文所述方法的可行性.     

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。     

基于实体造型的三维有限元网格自动剖分

本文叙述了用八叉树法对三维实体进行有限元网络自动剖分算法的设计和实现。本文的算法对传统的八叉树法进行了一系列的改进，包括新型数据结构的建立，对八叉树结点属性判断算法的改进，边界结点体处理方法的改进等。使得本文的算法既保持了传统算法中自动化程度高、层次结构分明、适于再进行网格加密等特点，又克服了其所需存贮空间大、执行速度慢、边界处理复杂，边界单元形状质量不好等缺点，使算法的实现取得了令人满意的结果。     

一种基于双前沿推进的边界层网格生成算法

高雷诺数粘性流动模拟对边界层内的网格正交性有特殊要求.对于复杂外形,这类问题的网格自动化生成十分困难.面向该问题,提出一种双前沿推进思想,并形成一种面向复杂几何外形的边界层网格全自动生成算法.结合多种网格技术处理局部几何特征以保证边界层网格的质量.双前沿推进思想同时适用于多块结构网格和混合网格的边界层网格生成.多个模型...     

黏性边界层网格自动生成

高雷诺数黏性流动在壁面附近存在边界层,在计算模拟中自动生成可靠且有效的计算网格仍然是计算流体力学存在的瓶颈.三棱柱/四面体混合网格技术在一定程度上缓解了这个困难.然而,对于复杂外形的情况,在边界层内自动高效生成高质量的三棱柱单元仍然十分困难.常用的层推进法在凹凸区域及角点处生成的边界层网格单元质量较差,边界层网格最外层尺寸不均匀.针对这些问题,发展了一种黏性边界层网格自动生成方法,通过顶点周围边的二面角识别物面网格特征确定多生长方向,预估并调整生长高度处理相交情况.同时提出一种三维前沿尺寸调节方式,提高了边界层网格单元的正交性,保证了边界层网格与远场网格尺寸的光滑过渡.通过ONERA M6翼型以及带发动机短舱的DLR-F6翼身组合体等外形的网格生成实例及绕流数值模拟,将计算值与标准实验值进行对比,结果表明:该方法能够自动高效地生成满足数值计算需求的混合网格.     

Developing a new mesh deformation technique based on support vector machine

Mesh deformation technique is widely applied in numerical simulations involving moving boundaries, and the deforming capability and efficiency is the key of it. In this paper, we present a new point-by-point mesh deformation method based on the support vector machine. This proposed method, to certain extent, is similar to the radial basis function (RBF) interpolation method with data reduction, but the new approach selects key boundary points automatically without specifying an initial set, and the function coefficients are obtained by solving a simple quadratic programming problem. Therefore, it is more efficient than the RBF method. Typical 2D/3D applications and realistic unsteady flow over a pitching airfoil are simulated to demonstrate the capability of the new method. With proper setting, the quality of the deformed meshes after using the new method is comparable to that of the RBF method, and the performance is improved by up to 7 ×.     

Effect of boundary representation on viscous,separated flows in a discontinuous-Galerkin Navier–Stokes solver

The effect of curved-boundary representation on the physics of the separated flow over a NACA 65(1)-412 airfoil is thoroughly investigated. A method is presented to approximate curved boundaries with a high-order discontinuous-Galerkin spectral element method for the solution of the Navier–Stokes equations. Multiblock quadrilateral element meshes are constructed with the grid generation software GridPro. The boundary of a NACA 65(1)-412 airfoil, defined by a cubic natural spline, is piecewise-approximated by isoparametric polynomial interpolants that represent the edges of boundary-fitted elements. Direct numerical simulation of the airfoil is performed on a coarse mesh and fine mesh with polynomial orders ranging from four to twelve. The accuracy of the curve fitting is investigated by comparing the flows computed on curved-sided meshes with those given by straight-sided meshes. Straight-sided meshes yield irregular wakes, whereas curved-sided meshes produce a regular Karman street wake. Straight-sided meshes also produce lower lift and higher viscous drag as compared with curved-sided meshes. When the mesh is refined by reducing the sizes of the elements, the lift decrease and viscous drag increase are less pronounced. The differences in the aerodynamic performance between the straight-sided meshes and the curved-sided meshes are concluded to be the result of artificial surface roughness introduced by the piecewise-linear boundary approximation provided by the straight-sided meshes.     

基于二重网格的动网格松弛法改进

相比传统的弹簧法等方法,基于球松弛算法的动网格松弛法在复杂边界大变形条件下可以得到质量更高的边界网格以及更大的极限变形量,但该方法在时间效率上还有提升的空间.引入二重网格,采用动网格松弛法进行稀疏网格的网格变形,将边界位移传递到整个网格计算域;再利用二重网格映射,将稀疏网格位移映射到原有计算网格的节点上.算例表明,改进...     

基于人工神经网络的非结构网格尺度控制方法

网格自动化生成和自适应是制约计算流体力学发展的瓶颈问题之一, 网格生成质量、效率、灵活性、自动化程度和鲁棒性是非结构网格生成的关键问题. 在非结构网格生成中, 网格空间尺度分布控制至关重要, 直接影响网格生成质量、效率和求解精度. 采用传统的背景网格法进行空间尺度分布控制需要在背景网格上求解微分方程得到背景网格上的尺度分布, 再将网格尺度从背景网格插值到真实空间点, 过程十分繁琐且耗时. 本文从效率和自动化角度提出两种网格尺度控制方法, 首先发展了基于径向基函数(RBF)插值的网格尺度控制方法, 通过贪婪算法实现边界参考点序列的精简, 提高了RBF插值的效率. 同时, 还采用人工神经网络进行网格尺度控制, 初步引入相对壁面距离和相对网格尺度作为神经网络输入输出参数, 建立人工神经网络训练模型, 采用商业软件生成二维圆柱和二维翼型非结构三角形网格作为训练样本, 通过训练和学习建立起相对壁面距离和相对网格尺度的神经网络关系. 进一步实现了二维圆柱、不同的二维翼型的尺度预测, RBF方法和神经网络方法的效率与传统背景网格法相比提高了5~10倍, 有助于提高网格生成的效率. 最后, 将方法推广应用于各向异性混合网格尺度预测, 得到的网格质量满足要求.      

Quality mesh generation

Many physical phenomena in science and engineering can be modeled by partial differential equations (PDEs) and solved by means of the Finite Element Method (FEM). Such a method uses as computational spatial support a mesh of the domain where the equations are formulated. Mesh quality is a key-point for the accuracy of numerical simulation. In this paper, we are concerned with the generation of quality (or regular) meshes. This question is a particular occurrence of a more general mesh generation issue which aims to complete meshes conforming to a pre-specified size map (such meshes being referred to as `unit' meshes). We propose a method that makes this mesh construction possible. It is based on a Delaunay advancing-front combined method: the field points are defined using an advancing-front method and are connected using a generalized Delaunay type method. Some optimization methods are also discussed.     

用逐点插入法生成Delaunay四面体自适应网格

介绍一种基于Delaunay算法的四面体自适应网格的自动划分方法。该方法用单元尺度场控制生成网格的疏密分布,在不满足尺度场要求的单元面形心处插入新节点,同时计算新节点单元尺寸参数,实现三维实体的Delaunay四面体自动划分。此方法具有几个特点:一是表面网格与体内网格同步划分,无需区分两者;二是结点与单元同时生成;三是生成网格自适应性好,疏密分布任意。另外,还介绍了三维网格划分中两个相关算法:一个是约束面恢复算法,该算法基于约束面不允许有单元边与之相交的性质而提出的;另一个是将二维射线法推广至三维空间,判断一个点是否在一多面体内,实现了凹多面体的划分。最后通过算例对单元质量进行了评价。本文所述方法是一种有效的四面体自适应单元生成算法。