基于虚拟分解的六面体网格生成技术

论文摘要

六面体网格生成技术是三维有限元仿真软件的关键技术之一。现有的六面体网格生成算法大多依赖特定的几何特征和拓扑结构,对于复杂几何实体,六面体网格的自动生成还没有得到很好的解决。近年来,随着基于体单元的三维有限元技术的广泛应用,六面体网格生成已经成为三维有限元仿真的一个瓶颈。本文对复杂几何实体的六面体网格生成技术开展了深入的研究,主要内容有:1、对典型的六面体网格生成算法进行了研究,主要分析并比较了扫掠法、映射法、子映射法、四面体分解法、基于栅格法、中轴面法、堆砌法、弦须编织法等常用的算法,并对扫掠法进行了重点讨论。2、提出了一种基于扫掠体识别的虚拟分解算法。首先将模型的边界进行分类,选择一条封闭凸环作为源环;然后根据源环找出对应的连接面和目标面;最后,针对不同的目标面类型构造裁剪面,将实体模型分解为多个扫掠体的组合。根据此算法获得的实体集合都可采用扫掠法生成六面体网格,可实现对实体的六面体网格自动划分。3、以Open CASCADE几何造型系统为平台,采用动态链接库开发技术,开发了网格自动生成软件3D-Mesher中的六面体网格自动生成模块。在软件中实现了IGES,STL几何模型的导入以及NASTRAN,ANSYS数据文件的导出。对虚拟分解算法的编程接口进行了设计,并给出了相关的算法和数据结构。利用虚拟分解技术有利于减少人工交互操作,提高六面体网格生成的自动化程度。在上述研究的基础上,实现了基于虚拟分解的六面体网格生成算法,该算法可应用到较广泛的实体模型中。应用实践证明,该算法稳定可靠,可生成质量较高的六面体网格。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 有限元网格生成技术
• 1.2.1 网格生成技术的历史
• 1.2.2 网格生成技术的现状
• 1.2.3 网格生成技术的发展趋势
• 1.3 选题依据及章节安排
• 1.3.1 选题依据
• 1.3.2 章节安排
• 第二章 六面体网格生成的常用算法
• 2.1 引言
• 2.2 六面体网格生成算法分类
• 2.3 典型的六面体网格生成算法
• 2.3.1 映射法
• 2.3.2 子映射法
• 2.3.3 扫掠法
• 2.3.4 四面体分解法
• 2.3.5 基于栅格法
• 2.3.6 中轴面法
• 2.3.7 堆砌法
• 2.3.8 弦须编织法
• 2.4 算法比较
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于扫掠体识别的虚拟分解算法
• 3.1 引言
• 3.2 虚拟分解的相关概念
• 3.2.1 点的类型
• 3.2.2 边的类型
• 3.2.3 环的类型
• 3.2.4 扫掠体的定义
• 3.3 虚拟分解算法
• 3.3.1 虚拟分解算法的总体流程
• 3.3.2 选择扫掠源环
• 3.3.3 确定连接面
• 3.3.4 确定目标面
• 3.3.5 分割扫掠体
• 3.4 基于扫掠的六面体网格生成算法
• 3.4.1 源曲面的网格划分
• 3.4.2 连接曲面网格划分
• 3.4.3 目标曲面网格生成
• 3.4.4 内结点和六面体单元生成
• 3.5 子区域的网格相容性
• 3.6 本章小结
• 第四章 六面体网格自动生成算法的实现
• 4.1 引言
• 4.2 3D-MESHER 软件系统框架说明
• 4.2.1 Open CASCADE 三维几何引擎
• 4.2.2 Open CASCADE 应用框架
• 4.2.3 MFC 概述
• 4.2.4 动态链接库开发技术
• 4.2.5 基于插件的二次开发技术
• 4.2.6 软件系统界面设计
• 4.2.7 数据接口
• 4.3 六面体网格生成模块功能及关键算法的实现
• 4.3.1 扫掠体的数据结构
• 4.3.2 虚拟分解算法的实现
• 4.3.3 扫掠法的实现
• 4.3.4 软件功能模块示例
• 4.4 3D-MESHER 的特点
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表（录用）论文情况