[发明专利]基于网格结构的有限元数值模型查错方法

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程等工科数值分析领域的前处理部分。

背景技术

数值模拟技术是土木工程力学分析的重要手段，地质建模是数值模拟技术前处理的主要组成部分。在复杂条件下如大坝坝肩、大型地下洞室、复杂构件的模型构建中，由于构筑物的复杂几何条件、结构面空间交切关系影响，稍有不慎即可能导致模型出现错误，使计算结果失真，甚至无法计算。为了搞清错误的来源，普通的方法是从点-线-面建模历程中进行检查，且要按照一定的顺序进行遍历，如沿着模型的坐标轴方向逐点、逐线、逐面检查；若模型存在多处错误需逐项排除，多次反复，对于简单的有限元模型相对容易，若有限元模型节点、单元数目上万甚至几十万、上百万，采用普通的模型查错方法就显得力不从心，不仅耗费大量的时间，多次的返工，造成研究工作者失去耐心。

发明内容

本发明针对土木工程领域的地质模型对象，提供了一种能够进行信息自动检索、快速查错的基于网格结构的有限元数值模型查错方法。

本发明采用如下技术方案：

一种基于网格结构的有限元数值模型查错方法， 

步骤1 对土木工程领域的地质模型进行数值分析，进行有限分割，将地质模型划分为多个4面体4节点网格对象、5面体6节点网格对象及6面体8节点网格对象，再将4面体4节点网格对象转化为6面体8节点网格对象，同时再将5面体6节点网格对象转化为6面体8节点网格对象，并以6面体8节点网格对象、由4面体4节点网格对象转化为6面体8节点的网格对象及由5面体6节点网格对象转化为6面体8节点的网格对象作为单元，各单元通过相连节点实现力学分析，对单元信息进行归类，得到节点信息和结构信息，节点信息包括节点数目np和节点坐标，结构信息包括单元数目ne、单元结构形状和构成单元的节点编号信息，所述节点编号采用以下方法获得：根据节点位置，按照先下面后上面、逆时针顺序，给节点编制编号，

所述的4面体4节点网格对象转化为6面体8节点网格对象的转化方法如下：4面体4节点表现为四面体，将任意三点作为底面，三点仍以逆时针顺序，另外一点作为顶面，原四节点4面体编号为a b c d，则转为8节点，并记为a b c c d d d d；

所述的5面体6节点网格对象转化为6面体8节点网格对象的转化方法如下：5面体6节点网格表现为三棱柱，分别以三棱柱两个三角形面作为底面、顶面，分别将底面、顶面三点扩展为2点重合的四点，则原三棱柱节点编号a b c d e f，转化为六面体a b c c d e f f，

步骤2 对所有六面体8节点单元中的面元进行编号，所述编号采用下列方法：各点按照右手规则指向单元内部，将面元内的节点编号进行组合，得到面元编码；

在6*ne个面元中进行面积检索，找到面积为零的面元，设面积为零的面元数量为n0个，并予以剔除，得到待检查的6*ne-n0个剩余面元； 

根据空间节点坐标矩阵，在6*ne-n0个剩余面元中寻找出左边界、右边界、前边界、后边界、上边界及下边界，寻找方法为：

分别搜索x方向坐标值、y方向坐标值及z方向坐标值，从中寻找出最小x坐标值xmin、最大x坐标值xmax，最小y坐标值ymin、最大y坐标值ymax，最小z坐标值zmin、最大z坐标值zmax，定义x=xmin为地质模型左边界面，x=xmax为地质模型右边界面，y=ymin为地质模型前边界面，y=ymax为地质模型后边界面，z=zmin为地质模型下边界面，z=zmax为地质模型上边界面，

设置一容差tol=0.01，如果面元上4个节点的x坐标值与xmin的距离小于容差，则该面元必为地质模型左边界面元之一；如果面元上4个节点的x坐标值与xmax的距离小于容差，则该面元必为地质模型右边界面元之一；如果面元上4个节点的y坐标值与ymin的距离小于容差，则该面元必为地质模型前边界面元之一；如果面元上4个节点的y坐标值与ymax的距离小于容差，则该面元必为地质模型后边界面元之一；如果面元上4个节点的z坐标值与zmin的距离小于容差，则该面元必为地质模型下边界面元之一；如果面元上4个节点的z坐标值与zmax的距离小于容差，则该面元必为地质模型上边界面元之一；

将地质模型的上、下、左、右、前及后边界面的总数目记为n1，并在待检查的6*ne-n0个剩余面元中予以剔除，得到待检查的6*ne-n0-n1个二次剩余面元，