栅格法三维六面体网格局部加密算法

有限元数值分析的精度和效率与网格单元的划分质量以及疏密程度密切相关,针对三维六面体网格单元之间疏密过渡必须平缓和协调的要求,提出了一套基于8分法的六面体网格加密模板,并给出了相应的数据结构和模板应用方式.为使所有加密单元都有相对应的加密模板,建立了加密信息场调整规则;对需要进行加密的区域首先补充加密单元,按照节点加密属性调整加密信息场,然后根据单元加密属性对加密单元进行分类,按照全加密单元、面加密单元、边加密单元以及过渡加密单元的顺序依次采用相应的模板进行加密,从而实现三维六面体网格的局部协调加密.实例结果表明,采用该套加密模板的六面体网格局部加密算法能够保障密集网格向稀疏网格的平缓和协调过渡,所生成的网格可满足有限元数值计算的要求.     

一种基于多边形剖分的有限元网格生成方法

在两步网格化过程中,待分析区域首先被剖分为具有三条或四条边的简单子区域部分.然后将利用传递模板法或映射法对这些子区域进行网格生成.本文结合计算几何和有限元网格自动生成问题,给出了一种基于简单多边形剖分的全四边形有限元网格自动生成方法.该方法分两步实现有限元网格生成首先通过权函数的引导,对待分析的简单多边形区域先进行子域剖分,得到一组三角形和凸四边形子域(大单元)的集合;然后利用中点剖分方法,将三角形和凸四边形子域单元剖分为全四边形有限元网格.实践证明,本文提出的方法实现简单、使用灵活,结果网格的质量良好.     

复杂边界几何体的结构网格生成方法

高质量的结构网格能够有效地提高有限元分析的精度.针对受限于结构网格节点分布的特殊要求,使当前的结构网格生成方法无法直接应用于边界复杂的几何体这一问题,提出结构网格生成方法.对于边界复杂的多边形区域,依据边界顶点分类,在计算空间内将边界简化为规则形状,在简化的多边形区域内进行分割并填充结构网格,再将其映射回原区域;对于边界特殊的三角形、圆形区域,依据边界节点分布计算分割线,将原区域分割为简单的四边形区域组合,再对各四边形区域分别进行结构网格填充;对于不同区域网格的连接,将区域边界相连并设置棱边方向,通过转化相应的棱边方向矩阵得出棱边方向闭合的多边形边界,在多边形边界内填充结构网格形成不同区域网格间的有效过渡.实例验证结果表明,该方法稳定、高效,能够解决复杂边界几何体的结构网格划分问题.     

基于结构化网格自动划分的汽车发动机强度分析

使用三维设计软件CATIA设计了汽车发动机的复杂结构,然后在网格划分软件HARPOON中将设计的发动机零件自动划分为以结构化六面体网格为主的有限元网格,最后在大型非线性有限元软件ABAQUS中,分析了发动机在静力和动力作用下的应力分布.计算结果表明,采用结构化六面体网格,单元数量少,计算速度快,结果可靠;而采用四面体网格,单元数量大,对于同样配置的计算机,无法进行四面体网格的模型的计算.网格尺寸增加后,单元数量减少,计算机可以计算四面体网格模型,但计算结果与六面体网格偏差比较大.     

平面任意区域四边形网格自动生成的一种方法

在改进节点连接法的基础上，提出了一种平面任意区域的有限元网格全自动剖分方法，既能快速生成四边形单元网格，也能生成三角形单元网格；     

基于非结构网格的飞行器多体分离数值模拟

针对基于非结构网格方法的飞行器多体分离数值模拟中的局部网格重构问题,提出了一种基于单元相邻关系的重构区域构造方法。首先,根据单元半径比检查网格质量并标记重构单元;其次,通过网格单元的相邻关系对重构区域进行扩展;最后,通过标记非二边流形边的周围单元保证重构区域边界定义满足二边流形准则。基于该方法的某分离物投放数值实验中,成功进行了16次网格局部重构操作,重构后总体网格单元半径比的平均值达到0.71以上。计算结果和风洞实验数据的比较分析表明,数值实验精确地计算出分离物的运动轨迹和运动姿态,验证了非结构动网格重构过程的有效性。     

汽车变速器箱体精准性优化仿真研究

针对由汽车变速器箱体壁厚不均、结构复杂导致有限元网格精准划分困难,计算误差大的问题,提出了一种基于低阶四面体模型,进行复杂零件最佳网格划分方法研究,在对不同单元尺寸和单元类型变速器箱体有限元模型分析研究,获得单元尺寸和单元类型对有限元分析计算精度和经济性的影响规律。用Hypermesh、Ansys为分析平台,根据局部误差与全局误差理论,进行了网格局部加密有限元网格划分方法。通过对汽车变速器箱体分析计算表明,分析方法与实际情况相吻合。     

一种快速的三维有限元网格生成方法

针对三维有限元网格的生成的速度较慢并且网格质量不高的问题,提出了一种基于约束波前法的三维有限元网格生成算法。算法的主要思想是用背景网格提高网格单元的可控性,避免网格单元生成时验证有效性的计算量,从而快速生成高质量的三维有限元网格。算法首先借助八叉树方法生成背景网格,其次利用背景网格的密度对模型表面进行三角剖分得到初始波前,然后依据背景网格的特征生成实体网格单元,最后对得到的结果进行优化。实验证明结合了八叉树和推进波前法的三维网格生成算法降低了波前法的时间复杂度,将其效率提高了20%,而且能得到更高质量的网格。     

耦合无网格迦辽金与质点弹簧实现软组织形变仿真

软组织形变仿真是虚拟手术系统的关键技术.针对目前软组织形变仿真方法存在的问题,基于黏弹性力学模型提出了无网格伽辽金(EFG)与质点弹簧(MS)耦合的软组织形变仿真方法.在手术区域即大变形和拓扑改变区域采用EFG,其他区域采用MS方法,2个区域之间建立过渡单元;在过渡单元内建立过渡节点,根据过渡节点必须满足位移和力平衡条件来实现2个区域的无缝耦合.对人体肝脏的形变仿真实验结果表明,该方法是有效的.     

船舶模型边界网格单元识别技术研究

对船舶模型进行局部结构有限元分析时,添加载荷有时只是针对船舶有限元模型的舱壁、舷侧、内外底和甲板上的有限元网格.从模型中划分出这些部位上的网格单元,目前的方法还只限于从模型中手工提取,操作繁琐,耗时较长,效率低且易出错.以MSC.Patran为处理平台,使用PCL语言,开发出3D舱室边界单元自动识别系统.结果表明,该自动识别系统的开发,能够准确的识别出舱室的边界网格单元,进而大大提高工程技术人员的分析效率.     

基于局域网的有限元网格分布式并行生成

在常见的PC＋Windows＋LAN环境下,采用Winsock API网络通信接口实现了局域网上的分布式并行有限元网格生成。网格生成区域在服务器上按照工作站数量被分解为若干个子区域,这些子区域及网格控制参数通过局域网（LAN）传给工作站。子区域在工作站上被剖分成子网格并通过局域网传回服务器以合并形成最终网格。算例表明只要有足够的计算节点,分布式并行技术可以将网格生成速度大幅度提高,而网络通信所占时间的比例基本固定。     

极大熵条件下的动态搜索优化图象重建方法

提出一种满足多种准则的动态搜索优化图象重建方法。从图象场的本质出发，设立了３个准则函数。熵函数的导数是非线性的，本文将其变换为近似的线性公式以获得迭代公路。动态搜索则尽可能避免很多算法在迭代过程中对图象校正过量或不足的问题。     

Automatic hexahedral mesh generation for multi-domain composite models using a hybrid projective grid-based method

This paper presents an algorithm to generate an all-hexahedral mesh of a multi-domain solid model using a hybrid grid-based approach. This is based on a projective concept during the boundary adaptation of the initial mesh. In general, the algorithm involves the generation of a grid structure, which is superimposed on the solid model. This grid structure forms an initial mesh consisting of hexahedral elements, which intersect fully or partially with the solid model. This initial mesh is then shrunk in an outside-in manner to the faces of the model through a node projection process using the closest position approach. To match the resulting mesh to the edges of the model, a minimal deformation angle method is used. Finally, to match the vertices with the nodes on the mesh, a minimal warp angle method is employed. To create the mesh of a multi-domain solid model, an outside-in and inside-in hybrid of the grid-based method is used. This hybrid method ensures that the meshes of the different domains are conforming at their common boundary. This paper also describes two methods for resolving cases of degenerate elements: a splitting technique and a wedge insertion technique.     

基于投影法的四面体网格切割算法

四面体网格切割算法是有限元仿真中的重要组成部分，切割的结果决定了刚度矩阵的更新速度和精度。本文在研究Cotin算法和Bielser算法的基础上，采用了预投影的方法，将部分顶点投影到切割平面上，使原先的四面体分割转化为相邻四面体分离，以达到简化分割的目的。与Cotin算法和Bielser算法相比，由该算法得到的网格切割边界更加合理，剖分比更低，提高了刚度矩阵更新的速度和精度。     

Coupling of adaptively refined dual mixed finite elements and boundary elements in linear elasticity

We investigate a coupling of mixed finite elements and Galerkin boundary elements which is stable and leads to symmetric matrices. In the FEM domain, a posteriori error estimates are employed to refine the mesh adaptively. Numerical results are given for plane strain problems.     

The geometric element transformation method for mixed mesh smoothing

The geometric element transformation method (GETMe) is a geometry-based smoothing method for mixed and non-mixed meshes. It is based on a simple geometric transformation applicable to elements bounded by polygons with an arbitrary number of nodes. The transformation, if applied iteratively, leads to a regularization of the polygons. Global mesh smoothing is accomplished by averaging the new node positions obtained by local element transformations. Thereby, the choice of transformation parameters as well as averaging weights can be based on the element quality which leads to high quality results. In this paper, a concept of an enhanced transformation approach is presented and a proof for the regularizing effect of the transformation based on eigenpolygons is given. Numerical examples confirm that the GETMe approach leads to superior mesh quality if compared to other geometry-based methods. In terms of quality it can even compete with optimization-based techniques, despite being conceptually significantly simpler.     

Comparison of FEM and BEM for interactive object simulation

There are two major approaches for real-time object simulation namely, the geometry (non-physically) based and the physically based approaches. Geometry based approaches such as free-form deformation (FFD) employ purely geometric techniques to model deformation. Physically based approaches usually adopt mass-spring system, finite element method (FEM) or boundary element method (BEM) for simulation. The mass-spring system is simple and only gives a coarse estimation of object deformation. Recently, FEM and BEM have been extensively used in object simulation because of the demand for more realistic simulation. However, a major drawback of FEM and BEM is their difficulty to achieve real-time deformation. In this article, we compare two different physically based approaches, FEM and BEM, according to their accuracy and computational complexity. Several experiments were conducted to compare the time required for the pre-computation process and the deformation process. In addition, the BEM with linear boundary elements is implemented and tested. At the current state of investigation, for the meshes with triangular elements, BEM with linear boundary elements is significantly faster than BEM with constant boundary elements under most of the circumstances. With the band matrix of FEM, the pre-computation process is faster than the BEM for a model with small mesh size. However if the mesh size of the model is large, the pre-computation process of BEM with linear boundary elements is the fastest.     

基于LEPP递变的四面体网格自适应剖分算法

为了更合理地进行四面体网格剖分,提出了一种根据待剖分对象形态不同进行网格密度自适应调整的四面体网格剖分方法。该方法首先采用BCC(body-centered cubic)网格初始化网格空间,并根据表面曲率的大小以及距离物体表面的远近,采用LEPP(longest edge propagation path)算法由外至内对初始化后的网格空间进行不同尺度的细分;然后对横跨表面的网格进行调整,以形成对象的表面形态;最后采用以质量函数引导的拉普拉斯平滑与棱边收缩(edge collapse)的方法对网格的质量进行优化来最终得到待剖分对象的四面体网格。结果表明,该方法所生成的网格不仅具有自适应的网格密度,而且网格质量比常用的Advancing Front算法也有所提高。对于基于3维断层图像或表面模型进行有限元建模,该方法不失为一种行之有效的好方法。     

多孔平面的快速边界元划分

在 3D VL SI互连寄生电容的边界元素法计算中 ,多孔平面的边界元划分是十分困难的问题 .文中提出一种快速划分多孔平面边界元的方法 ,它可高效处理非正交几何边界形状 ,形成规则的梯形元 .与全局扫描线法相比 ,有较高的划分速度、计算速度与精度