整体叶盘建模及其四面体网格的自动生成研究

论文摘要

有限元网格生成技术是工程科学与计算机科学的一个重要研究领域,随着计算机技术和信息技术的广泛应用和飞速发展,网格生成技术已成功应用于计算力学、有限元分析等工程领域,成为解决数值解析与模拟等复杂问题的强有力手段。整体叶盘是现代航空发动机的一种新型结构部件。整体叶盘已经被列为新型航空发动机、火箭发动机的重大改进部件,为达到对其进行优化设计的目的,针对性地对其进行建模及网格自动生成的系统开发,具有十分重要的工程应用价值。本文对基于OpenCASCADE的整体叶盘建模方法和四面体网格自动生成的相关技术进行了研究和探讨,主要内容包括:研究了OpenCASCADE的建模模块,包括拓扑数据结构、数据类型、拓扑关系、模型显示、文件存储等。以整体叶盘为例,并结合发动机整体叶盘的结构特点,将OpenCASCADE开发平台引入到航空发动机整体叶盘的建模过程中,实现了基于OpenCASCADE发动机整体叶盘建模。研究了限定Delaunay四面体生成的BFS方法,包括限定条件的表示方法及其规范化要求、规范化算法。介绍了BFS方法的思路、算法介绍和BFS方法的效率分析,给出了薄元问题解决方法。在上述研究的基础上,讨论了四面体网格的质量标准,对各种四面体网格生成方法做了比较,采用C/C++结合OpenCASCADE,利用TCL/TK脚本语言开发界面,实现了基于OpenCASCADE的整体叶盘建模和限定的Delaunay四面体网格生成,并给出了实例。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 CAD 建模技术的发展历程
• 1.2.1 线框建模
• 1.2.2 表面建模
• 1.2.3 实体建模
• 1.2.4 特征建模
• 1.2.5 参数化建模
• 1.2.6 变量化建模
• 1.3 有限元网格生成技术
• 1.3.1 网格生成技术的发展历程
• 1.3.2 网格生成技术研究现状
• 1.3.3 网格生成技术的发展方向
• 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 整体叶盘的实体建模
• 2.1 引言
• 2.2 实体模型表示方法
• 2.2.1 实体几何构造表示方法
• 2.2.2 边界表示法
• 2.3 基于 Open CASCADE 的整体叶盘实体建模
• 2.3.1 Open CASCADE 建模平台
• 2.3.2 基于 Open CASCADE 整体叶盘实体建模
• 2.4 本章小结
• 第三章 限定 Delaunay 的四面体网格生成算法
• 3.1 引言
• 3.2 四面体网格质量标准
• 3.3 有限元网格生成的常用算法
• 3.3.1 映射法
• 3.3.2 Delaunay 法
• 3.3.3 AFT 法
• 3.3.4 四叉树法
• 3.3.5 三种网格生成算法比较
• 3.4 限定 Delaunay 四面体网格生成
• 3.4.1 限定 Delaunay 四面体生成概念
• 3.4.2 限定 Delaunay 网格生成的优势
• 3.4.3 限定 Delaunay 四面体的限定恢复
• 3.5 限定 Delaunay 四面体边界面细分（BFS）算法
• 3.5.1 限定 Delaunay 四面体剖分的限定条件
• 3.5.2 边界面细分（BFS）算法
• 3.6 薄元（Sliver 四面体）消除方法
• 3.6.1 Sliver 四面体的产生
• 3.6.2 Sliver 四面体的消除
• 3.7 本章小结
• 第四章 整体叶盘四面体网格自动生成
• 4.1 引言
• 4.2 程序开发环境
• 4.3 设计流程
• 4.4 数据结构
• 4.4.1 三角形数据结构
• 4.4.2 链表数据结构
• 4.4.3 四面体数据结构
• 4.5 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的论文情况