[发明专利]用于有限元素网格修复的系统和方法

说明书

与依赖于用于修复基于计算机的模拟中的有限元素网格的手动过程的现有方法不同，实施例自动修复用于模拟现实世界对象中的有限元素网格。一个这样的实施例开始于识别有限元素网格中的不合规网格元素，并且从有限元素网格中提取包括所识别的不合规网格元素的网格贴片。继续，用于所提取的网格贴片的不变贴片描述被生成，并且与所生成的不变贴片描述相对应的修复解从存储预定修复解的数据库中获得。接着，有限元素网格中的网格贴片使用所获得的修复解来被修复。

背景技术

市场上提供了许多用于部件或部件组装件(assembly)的设计和模拟的现有的产品和模拟系统。这样的系统通常采用计算机辅助设计(CAD)和/或计算机辅助工程(CAE)程序。这些系统允许用户构造、操纵和模拟对象或对象组装件的复杂三维模型。因此，这些CAD和CAE系统使用边或线并且在一些情况下使用面来提供对建模对象的表示。线、边、面或多边形可以以各种方式表示，例如，非均匀有理基础样条(NURBS)。

CAD系统管理建模对象的部件或部件组装件，其主要是几何结构的规范。具体而言，CAD文件包含根据其生成几何结构的规范。根据几何结构，表示被生成。规范、几何结构和表示可以存储在单个CAD文件或多个CAD文件中。CAD系统包括用于向设计者表示建模对象的图形工具；这些工具专用于复杂对象的显示。例如，组装件可以包含数千个部件。CAD系统可以用于管理存储于电子文件中的对象模型。

CAD和CAE系统的出现允许对象的各种表示可能性。一种这样的表示是有限元分析(FEA)模型。术语FEA模型、有限元模型(FEM)、有限元素网格(mesh)和网格在本文中可互换地使用。FEM通常表示CAD模型，并且因此可以表示一个或多个部件或整个组装件。FEM是被称为节点的点的系统，所述节点互连以形成栅格(grid)，其被称为网格。可以以这样的方式对FEM进行编程：FEM具有其表示的一个或多个基础对象的属性。当本领域已知的FEM或其他这样的对象表示以这样的方式被编程时，其可以用于执行对其表示的对象的模拟。例如，FEM可以用于表示运载工具的内腔、围绕结构的声学流体、以及任何数量的现实世界对象和物理系统。此外，CAD和CAE系统以及FEM可以用于模拟工程系统。例如，CAE系统可以用于模拟运载工具的噪声和振动。

发明内容

概括而言，本发明的实施例涉及计算机程序和系统领域，并且具体而言，涉及产品设计和模拟领域。本发明的实施例可以用于视频游戏、工程系统设计和制造、协作决策制定和娱乐(例如，电影)。

更具体而言，实施例提供用于模拟现实世界物理对象的改进的方法和系统。如上文描述的，使用表示被模拟的对象的有限元素网格来执行模拟。现代网格是复杂的，并且因此，网格通常基于CAD模型(即，实体模型)自动生成。这些生成的网格通常包括错误，例如不遵守特定质量度量的网格元素。例如，自动创建的(原始)网格经常使用启发式规则结合网格节点位置(x，y，z)优化来创建网格拓扑以满足特定的应用要求。这些基于启发式的最终用户规则有时会发生冲突，并且不会总是生成适合于应用的自动化网格。

虽然存在用于校正这些错误的方法(例如，在Campen et al.,“A PracticalGuide to Polygon Mesh Repairing,”Eurographics,2012中描述的方法)，其内容通过引用并入本文，但是这些现有方法需要专家用户的手动干预。该手动干预是复杂的，并且大大增加了执行模拟所花费的时间。本发明的实施例克服了这些问题，并且提供了在由有限元素网格表示的现实世界物理对象的模拟中自动修复有限元素网格的方法和系统。实施例采用先前不存在的规则来自动修复现有方法只能通过手动/用户动作修复的有限元素网格。