[发明专利]包含多种构件的三维有限元网格自动剖分方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有限元网格剖分方法，尤其是涉及一种包含多种构件的三维有限元网格自动剖分方法。

背景技术

有限元计算过程中，实现网格的全自动划分，一直是有限元前处理网格划分的目标。随着网格划分技术的进步，传统的通过单个构件网格剖分，然后用命令流方式，修改节点和单元，直到符合有限元前处理数据的方法，由于其对结构分析人员理论要求高，且修改网格容易出错导致影响计算结果，将逐渐被全自动网格方法所代替。

2008年海军工程大学的古成中、吴新跃在《有限元网格划分及发展趋势》一文中，总结了有限元网格划分技术发展状况，展望了有限元网格划分的趋势，其中明确提到了网格划分的全自动化和智能化趋势。2003年计算力学学报，关振群，隋晓峰发表文章《复杂三维组合曲面的有限元网格生成方法》，还有其他很多文章或软件，都在研究或尝试如何有效解决有限元网格的自动划分问题，有些也给出了单个构件或一两种组合情况下的解决办法，但都没有给出一个能够模拟复杂模型的，包含多种构件的三维有限元网格划分技术方案。其主要原因是，第一，很难从几何算法上解决三维多种构件情况下的重叠、交叉、嵌入的求交；第二，涉及到曲面和实体网格剖分均要实现约束自适应网格算法，对网格划分算法要求高；第三，需要建立新的拓扑关系的办法，即解决构件之间存在交叉或重叠时，节点耦合问题的技术方案；以上条件须同时具备才有可能实现模拟复杂模型下的网格全自动化。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种剖分误差小，效率高的包含多种构件的三维有限元网格自动剖分方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

包含多种构件的三维有限元网格自动剖分方法，包括以下步骤：

(1)获取前处理对象的几何信息和网格控制参数；

(2)按体、面、线、点对前处理对象进行分类网格化，建立初始网格对象拓扑关系树；

(3)求交并打断所有网格对象，更新网格对象拓扑关系树；

(4)按体、面、线、点的网格化顺序依次剖分所有叶子节点网格对象；

(5)根据构件的前处理对象和其拓扑关系填充单元分组；

(6)设置单元分组的有限元属性，该有限元属性与构件的前处理对象相同；

(7)存储并输出网格自动剖分结果。

所述的步骤(3)的具体步骤如下：

(301)创建求交器，初始化求交器数据，添加整体控制参数和总施工步数；

(302)初始化体、面、线、点四个拓扑树数组；

(303)将所有输入的网格对象的拓扑数据进行分类，分别存放在四个拓扑树数组中；

(304)体与体求交：遍历所有网格体进行两两相交计算，保存网格体之间的公共面、公共线、公共点，并建立拓扑关系；

(305)体与面求交：遍历所有的网格体和所有拥有前处理对象引用的网格面，进行体面两两相交计算，保存所述的网格体和面对像之间的公共面、公共线、公共点，并建立拓扑关系；

(306)面与面求交：遍历所有拥有前处理对象引用的网格面，进行两两相交计算，保存网格面之间的公共面、公共线、公共点，并建立拓扑关系；

(307)整理体中的子面：遍历所有的网格体，获取每个网格体中所有的子面数据，若所述的子面不是底层面，则通过网格对象拓扑关系树获取对应的底层面进行替换；

(308)整理面中的子面：遍历所有的网格面，获取每个网格面中所有的子面数据，若所述的子面不是底层面，则通过网格对象拓扑关系树获取对应的底层面进行替换；

(309)线与体求交：遍历所有的网格体和所有拥有前处理对象引用的网格线，进行体线两两相交计算，保存所述的网格体和线对象之间的公共线、公共点并建立拓扑关系；

(310)线与面求交：遍历所有的网格面和所有拥有前处理对象引用的网格线，进行面线两两相交计算，保存所述的网格面和线对象之间的公共线、公共点并建立拓扑关系；

(311)提取底层面的边框线：遍历所有的面对像，提取面对像中所有底层面的边框线，将该边框线创建成网格线，并建立所述网格线与对应底层面的拓扑关系；

(312)线与线求交：遍历所有网格线，将所述的网格线两两相交计算，打断生成相互之间不存在重叠的子线，并将该子线创建成新的网格线，并与生成该子线的网格线建立拓扑关系；