基于虚拟几何的网格自动生成技术

论文摘要

随着CAE技术在工程分析中的广泛应用,有限元网格生成技术作为CAE软件的核心技术之一,得到了越来越广泛的重视。由于不同软件系统之间的差异,CAD系统导出的几何模型常常不能直接应用在网格自动生成过程中,常见的问题有几何结构不完整或不相容、存在冗余复杂的几何细节、几何模型需要分解等。因此,在网格划分前对几何模型进行适当的编辑,使几何模型能够满足工程分析的要求,是网格自动生成算法研究的重要方面。本文对网格自动生成技术进行了细致的研究,内容主要包括:1.深入讨论了网格自动生成的算法,结合六面体网格单元的优点,着重对六面体网格生成的经典算法进行分析与比较,总结了各种方法的优缺点及其应用范围。2.针对几何模型编辑中存在的问题,提出了一种基于虚拟几何的网格生成方法。通过在模型拓扑结构中创建一系列虚拟的实体连接关系,把几何模型的修正、简化及分解仅仅局限于虚拟的拓扑层中,而不会改变模型的原始几何描述。给出了虚拟实体的定义与虚拟操作的分类,细述了它们的应用原则,并对虚拟编辑操作在网格自动生成中的应用进行了例证。3.以Open CasCade几何造型系统为平台,重点阐述了模型对象虚拟拓扑的构建、修改与移除技术,提出了一种新型的单向无环图表(DAG)来表示拓扑实体之间的关系。对基于虚拟几何的编程接口进行了设计,包括接口框架设计和各个具体类功能的设计,并给出了相关类的继承关系图表。在虚拟几何的理论支持与编程接口实现的基础上,成功地将虚拟拓扑技术运用到网格自动生成算法中,较好地解决了实体几何网格划分的诸多问题。网格生成应用实例表明,基于虚拟几何的网格自动生成技术操作简便、系统兼容性好、易于编程实现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 CAE 技术简介
• 1.2.1 CAE 的发展历程
• 1.2.2 CAE 软件在工程中的应用
• 1.2.3 CAE 技术的发展方向
• 1.3 有限元网格生成技术
• 1.3.1 有限元网格发展史
• 1.3.2 有限元网格技术趋势
• 1.4 选题依据及章节安排
• 1.4.1 选题依据
• 1.4.2 章节安排
• 第二章 六面体网格生成一般算法
• 2.1 网格单元简述
• 2.2 六面体网格的优点及生成算法分类
• 2.3 六面体网格生成一般算法介绍
• 2.3.1 映射法
• 2.3.2 子映射法
• 2.3.3 扫掠法
• 2.3.4 四面体单元分解法
• 2.3.5 中轴面法
• 2.3.6 基于栅格法
• 2.3.7 堆砌法
• 2.3.8 弦须编织法
• 2.4 六面体网格生成技术发展趋势
• 2.5 本章小结
• 第三章 虚拟几何技术
• 3.1 引言
• 3.2 虚拟几何机制
• 3.2.1 实际与虚拟的区别
• 3.2.2 模型表层与模型底层
• 3.3 虚拟实体定义
• 3.3.1 超集（Superset）
• 3.3.2 子集（Subset）
• 3.3.3 插值体（Interpolant）
• 3.3.4 寄生体（Parasite）
• 3.3.5 独立体（Orphan）
• 3.4 虚拟操作类型
• 3.4.1 融合（Merge）
• 3.4.2 分割（Split）
• 3.4.3 连接（Connect）
• 3.4.4 构造（Construct）
• 3.4.5 皱缩（Collapse）
• 3.4.6 T-连接（T-connect）
• 3.5 虚拟操作的应用
• 3.5.1 几何结构的修正
• 3.5.2 几何结构的简化
• 3.5.3 几何结构的分解
• 3.6 本章小结
• 第四章 虚拟几何编程接口的设计与实现
• 4.1 实体模型的表示方法
• 4.1.1 几何与拓扑
• 4.1.2 二边流形体与非二边流形体
• 4.1.3 边界表示法
• 4.2 OPEN CASCADE 几何造型平台
• 4.2.1 Open CasCade
• 4.2.2 OCC 的基本功能
• 4.2.3 OCC 的拓扑元素
• 4.2.4 OCC 的编程接口
• 4.3 虚拟拓扑
• 4.3.1 虚拟拓扑的构建
• 4.3.2 虚拟拓扑的修改
• 4.3.3 虚拟拓扑的移除
• 4.4 虚拟几何接口的设计
• 4.4.1 VGI 的设计要求
• 4.4.2 VGI 的体系架构
• 4.4.3 类的功能设计
• 4.5 虚拟几何接口的实现与应用
• 4.5.1 接口实现代码示例
• 4.5.2 网格生成应用实例
• 4.6 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论文情况