基于双重自适应的六面体网格再生成方法

提出了一种以栅格法为基本方法,基于几何特征和物理场量双重自适应的六面体网格再生成方法。首先,依据旧网格的表面曲率和几何特征,采用基于栅格法的几何自适应网格再生成方法,生成密度受控的基础网格;然后,将旧网格的物理场量传递到基础网格中;最后,采用有限元误差估计方法对新网格单元的计算误差进行估计,对误差较大的单元进行加密,减...     

二维稳定流形的自适应推进算法

稳定和不稳定流形是研究动力系统全局特性的重要工具. 一般系统的稳定和不稳定流形的曲率在全局范围内会有明显变化,应根据流形曲率的变化采用不同尺寸的网格单元计算全局流形. 然而在现有二维流形算法中,流形网格单元的尺寸在全局范围内是统一的. 为持续有效地计算全局稳定流形,提高计算网格对流形曲率变化的适应性. 本文在偏微分方程算法的基础上提出一种二维稳定流形的自适应推进算法. 该算法的基本思想是根据稳定流形曲率的变化自适应地调整网格单元的尺寸. 该算法首先在系统的稳定特征子空间中确定稳定流形的一个初始估计,该初始估计的网格单元尺寸设置为初始大小. 然后根据稳定流形网格前沿的曲率特点自适应地产生新的备选网格单元,继而根据相切性条件更新备选点的坐标,并将距离平衡点最近的备选点接受为已知点,最后更新稳定流形网格的前沿并自适应地产生新的备选网格单元,通过这个迭代过程使流形网格自适应地向前推进. 本文算法通过引入流形单元尺寸自适应,成功实现了洛伦兹流形和类球面流形的计算,并与偏微分方程算法进行了对比,结果表明自适应推进算法的流形计算单元的尺寸可在全局范围内根据流形曲率自适应地调整. 利用自适应推进算法计算二维稳定流形,可实现稳定流形的自适应推进.      

二维稳定流形的自适应推进算法

稳定和不稳定流形是研究动力系统全局特性的重要工具.一般系统的稳定和不稳定流形的曲率在全局范围内会有明显变化,应根据流形曲率的变化采用不同尺寸的网格单元计算全局流形.然而在现有二维流形算法中,流形网格单元的尺寸在全局范围内是统一的.为持续有效地计算全局稳定流形,提高计算网格对流形曲率变化的适应性.本文在偏微分方程算法的基础上提出一种二维稳定流形的自适应推进算法.该算法的基本思想是根据稳定流形曲率的变化自适应地调整网格单元的尺寸.该算法首先在系统的稳定特征子空间中确定稳定流形的一个初始估计,该初始估计的网格单元尺寸设置为初始大小.然后根据稳定流形网格前沿的曲率特点自适应地产生新的备选网格单元,继而根据相切性条件更新备选点的坐标,并将距离平衡点最近的备选点接受为已知点,最后更新稳定流形网格的前沿并自适应地产生新的备选网格单元,通过这个迭代过程使流形网格自适应地向前推进.本文算法通过引入流形单元尺寸自适应,成功实现了洛伦兹流形和类球面流形的计算,并与偏微分方程算法进行了对比,结果表明自适应推进算法的流形计算单元的尺寸可在全局范围内根据流形曲率自适应地调整.利用自适应推进算法计算二维稳定流形,可实现稳定流形的自适应推进.     

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。     

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.     

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...     

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.      

改进的栅格法有限元网格剖分

提出一种改进的栅格法网格剖分算法,该算法综合了栅榕法和Delaunay算法的优点,生成了四边形和三角形混合单元,保证了整体性能与局部性态最优,满足汽车覆盖件冲压成形模拟软件对有限元网格质量的需求.实践证明,本文提出的改进的栅格法网格剖分算法可行有效,生成网格的质量高,程序容易实现.该算法已经成功集成到商业化冲压成形模拟软件KMAS中.     

基于Delaunay三角化的无网格法计算结果后处理

最近新发展起来的无网格方法由于不需要显式网格，节省了网格生成所需的大量时间，并且避免了网格畸变问题，所以在处理一些特殊问题如移动边界、大变形、高梯度等方面显示出特殊的优越性。但另一方面也使得计算结果的全域后处理遇到困难。提出了一种基于Delaunay三角形背景网格的实用无网格计算结果后处理方法，以无网格离散节点为顶点生成Delaunay三角形，将无网格法计算得到的节点应力值映射插值得到三角形内的应力场云图颜色。给出的二维线弹性应力分析算例表明方法可靠实用。     

求解带自由面渗流问题移动网格法的改进及其工程应用

采用有限元固定网格和移动网格相结合的方法,求解带自由面的坝体稳定渗流问题。本方法是针对一般坝体的结构,在有限元网格生成之后,又自动生成了网格移动所需的信息,实现了网格在迭代计算中随自由面的变化自动均匀移动;讨论了网格奇异的不同类型,提出了避免单元形状怪异的移动网格方法;在欧拉空间中分区记录坝体不同的渗透性能,在网格移动到新位置后,自动识别网格所在的物性空间,从而确定单元在新位置上的渗流系数。本文将该方法应用到吉林丰满混凝土重力坝防渗加固的实际工程当中,在考虑大坝原有防渗措施的前提下,利用数值分析,研究了防渗芯墙对大坝渗流性能的影响。计算结果表明,加芯墙后坝体自由面位置明显下移,湿水部分大为减少,坝基扬压力没有明显提升,下游出水点位置没有明显下降。计算过程表明,本文方法及措施具有很好的收敛性与稳定性,且收敛性与自由面初始位置的选择无关。     

一种基于单元几何变形的网格修匀方法

基于单元几何变形操作提出一种高效的非结构网格质量修匀方法。其基本过程是先对每个单元独立地进行拉伸-收缩操作以优化单元的形状,然后在整个网格中通过对各单元的节点位置进行加权平均来获得改善后的网格。为进一步提高修匀方法对网格质量的优化效果,并使得该方法具备一定的网格调整能力,结合动网格技术提出了对单元进行大范围和较大幅度移动的策略;在修匀过程中还通过适当算法调整单元形心位置和单元尺寸,进一步增强了修匀方法对网格局部进行疏密调节的能力。本文方法可适用于平面和三维非结构网格的质量改善及网格调整。若干算例表明了方法的有效性。     

任意平面区域的变尺寸有限元网格划分

利用任意平面域边界表述中的拓年要素定义网格的控制信息,通过引入节点间距函数来控制区域内网格尺寸变化,并将结合前沿生成法和Ｄｅｌａｕｎａｙ三角化方法的优点,优先处理前沿的最长边,尽可能在局部生成边长逐渐减小的Ｄｅｌａｕｎａｙ三角形,最终实验区域内网格的疏密过渡。     

复杂区域非结构化四边形网格全自动生成方法

针对多介质平面复杂区域，本文建议了一种基子推进网阵法的全四边形网格自动生成方法。其特点是对不规则区域适应能力强，考虑了节理单元自动生成。文中提出了网格质量改进方法，并给出了三个工程算例。     

基于背景网格变形的动态网格移动方法

基于Delaunay背景网格插值技术的动态网格生成方法无需迭代计算,效率较高。但对复杂构形大幅运动的动边界问题,尤其当边界大幅转动时,背景网格极易交叉重叠。重新生成背景网格和重新定位网格节点信息不仅费时而且会导致网格质量的严重下降。本文提出改进的基于背景网格的动态网格变形方法,通过在初始Delaunay背景网格中添加辅助点,生成一层新的背景网格和新的映射关系;采用ball-vertex弹簧法驱动新背景网格的变形,进而牵动目标网格的变形。算例表明,本文提出的动态网格变形方法对所关心区域的网格具有良好保形性,边界可转动更大角度而不会出现网格交叉重叠问题,总体上提高了动态网格更新的效率和质量。     

Automatic unstructured surface mesh generation for complex configurations

In this paper a new object‐oriented (OO) approach is presented for automatic parallel advancing front based surface mesh generation and adaptive remeshing for complex configurations. Based on the ST++‐system the advantages of the OO design and implementation compared to the traditional structural approach are described. Algorithmic enhancements to the advancing front method are explained, enabling a robust NURBS based triangulation process directly on B‐rep CAD data. The message passing (MPI) parallelization strategy together with the achievable performance improvements are demonstrated. With the outlined parallel geometry analysis/rasterization a powerful method is described to derive automatically a well suited mesh size specification without any user‐interaction from scratch. The application of this method to a complex ‘real world’ example finishes this paper. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

A large-scale parallel hybrid grid generation technique for realistic complex geometry

High-Performance Computing (HPC) systems and Computational Fluid Dynamics (CFD) have made significant progress in recent years; however, as the basis of the large-scale parallel computing, the massive grid generation of billions of cells has become a bottleneck problem. In this study, a parallel grid generation technique is proposed to generate large-scale mixed grids with arbitrary cell types and scales. The basic idea of our method is analogous to the global mesh refinement technique. An initial coarse grid with arbitrary cell types is regarded as a background mesh which is partitioned into subzones, and subzones are assigned onto different CPU cores. After the cells and faces in each subzone are split, the inserted new points of the solid wall are projected onto the original CAD entities to preserve the geometry accurately. Finally, the tangled cells caused by the projection in the boundary layer are untangled by a local Radial Basis Function mesh deformation technique. Furthermore, a parallel partition approach and an efficient wall distance computing technique for massive grids are developed also to shorten the preprocessing time. The tests show that the preprocessing efficiency has been increased by two or three orders compared with traditional methods. Billions of grids are generated for the AIAA JSM high-lift model and the Chinese CHN-T1 transport model to test the ability of the parallel grid generation technique. The maximum scale up to 19 billion mixed elements is generated using 16 384 CPU cores in parallel, and the mesh quality is acceptable for CFD simulations.     

并行有限元网格生成方法及其应用

大型工程数值仿真中,在前处理阶段需要生成千万甚至亿量级的网格,传统的串行网格生成方法由于内存和时间的限制,难以处理如此规模的网格。针对此问题,本文提出了一种大规模网格并行生成方法。首先基于推进波前法对几何模型进行初始体网格划分,接着利用图论理论进行区域分解,并通过表面单元恢复保持其几何精度,然后通过分裂法进行网格的并行生成。将所述方法应用到实际大型工程数值仿真前处理阶段,结果表明所述方法可以获得较好的并行效率,同时所产生的网格质量可以满足后续计算需要。