[发明专利]复杂坝基拱坝三维有限元四面体网格自动剖分方法

权利要求书

1.复杂坝基拱坝三维有限元四面体网格自动剖分方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

1)建立均质条件下的坝体坝基四面体背景网格；

2)将坝体横缝及坝基中各种结构面，在三维空间中作为切割面投放在背景网格中；

3)针对每一个切割面，根据其在背景网格上的切割位置，对每一个四面体背景网格进行网格重新生成，直至所有的切割面投放处理完毕；

4)优化重生网格的质量，完成建模工作。

2.根据权利要求1所述的复杂坝基拱坝三维有限元四面体网格自动剖分方法，其特征在于：所述步骤2)中坝体横缝及坝基中各种结构面采用无厚度的接触单元进行模拟，在该切割面上生成空间位置重合的双节点信息。

3.根据权利要求1所述的复杂坝基拱坝三维有限元四面体网格自动剖分方法，其特征在于：所述步骤2)中切割面的空间位置确定方法为：

若切割面与三维坐标系中的其中一条坐标轴垂直，直接采用切割面内一个点的坐标值确定切割面的位置；

若切割面不与三维坐标系中的任一坐标轴垂直，取切割面平面内不在同一条直线上的三个点的坐标值确定切割面的位置或取切割面平面内一点与切割面平面的法矢量确定切割面位置。

4.根据权利要求1所述的复杂坝基拱坝三维有限元四面体网格自动剖分方法，其特征在于：所述步骤3)中根据切割位置进行网格重新生成的方法为：

若切割面切割四面体单元的两个顶点和一条棱边，原四面体被分割为两个四面体单元；

若切割面切割四面体单元的一个顶点和两条棱边，原四面体被分割为一个四面体和一个四棱锥，在四棱锥底面取一点并与四棱锥的五个顶点连接，可将四棱锥分解为四个四面体，原四面体最终被分解为五个四面体单元；

若切割面切割四面体单元的三条棱边，原四面体被分割为一个四面体和一个三棱柱，在三棱柱内部取一点并与三棱柱的六个顶点连接，可将三棱柱分解为两个四面体和三个四棱锥，每个四棱锥又可以被分解为四个四面体，这样一个三棱柱可被分解为十四个四面体，原四面体最终被分解为十五个四面体单元；

若切割面切割四面体单元的四条棱边，原四面体被分割为两个三棱柱，每个三棱柱可被分解为十四个四面体，原四面体最终被分解为二十八个四面体单元；

切割面切割四面体单元的棱边时，控制切割后的长短棱边长度比例，若长度比例大于5，则将其调整为5。所有切割完成后，新生成的四面体单元网格节点信息取代被分割的原四面体单元网格节点信息。

5.根据权利要求1所述的复杂坝基拱坝三维有限元四面体网格自动剖分方法，其特征在于：所述步骤4)的具体步骤包括：

41)计算新生成的四面体单元的体积，控制每个四面体单元的最小体积，若体积小于0.1m³，则将其直接缩为一点；

42)计算新生成的四面体单元的最小坍塌比(四面体的高度乘以1.24后与其对应底面面积的比值)，若比值小于0.1，则将其顶点对应的节点位置进行移动。