几何自适应参数曲面网格生成

为满足有限元分析的需要,针对参数曲面提出一种几何自适应的网格生成方法.通过黎曼度量控制下的曲面约束Delaunay三角化获得曲面中轴,将其用于自动识别曲面邻近特征,并通过曲率计算自动识别曲率特征;根据邻近特征和曲率特征,融合传统网格尺寸控制技术控制边界曲线离散,并创建密度场;结合映射法和前沿推进技术对组合参数曲面生成几何自适应的网格.实验结果表明,该方法能够处理复杂的几何外形,生成的网格具有很好的自适应效果和质量.     

STL三角形网格模型曲面特征边的提取

针对STL网格模型曲面特征边识别困难的问题,提出一种基于边和面的特征边提取方法。首先遍历网格模型,自适应地获取二面角阈值并根据该阈值识别显性特征边;然后利用最小二乘法估算曲面上顶点的平均曲率,由此计算出三角形面片的近似曲率,并利用相邻三角形的曲率差值来判别其公共的隐性特征边是否为特征边,最后采用改进的断点处特征边提取算法形成完整的特征边界。实验结果表明该方法能够有效地提取STL网格模型曲面网格的特征边,具有很好的鲁棒性。     

基于2维流形的STL曲面网格重建算法

STL（stereo lithography）作为3D扫描数据和快速原型制造事实上的标准,其广泛应用于娱乐、制造业和Internet等领域.但随着3D模型越来越复杂,数据量越来越庞大,从STL文件难以快速获得完整拓扑关系以及其存在大量冗余信息的缺点,制约着STL网格模型的进一步优化处理与应用.为此,需要针对STL网格模型进行网格重建.本文针对2维流形的STL三角形曲面网格模型,提出了一种快速的网格重建方法.主要利用删除在重建过程中达到饱和的顶点,以便减少需要比对的顶点数,并结合STL文件数据的相关性来提高顶点搜索与比较的效率.对于非封闭的曲面网格,本文算法在提高曲面网格重建效率的同时,还能有效地提取曲面网格模型的边界信息.另外,重建的曲面网格数据文件大大地减少了存储空间,有效地去除了冗余数据.实验结果表明本文算法的高效性及鲁棒性.     

壳空间剖分的隐式曲面三角化

提出了一种曲率自适应的壳空间剖分隐式曲面三角形化新方法.新方法首先采用粒子系统对隐式曲面进行采样,通过高斯曲率约束粒子的生成,使生成的网格模型在曲率大的区域具有较多的小三角形,在曲率小的区域具有较少的大三角形,从而使网格模型更好地逼近隐式曲面.新方法在每个采样粒子处沿曲面法线正负方向延伸适当距离得到两个附加点,对所有附加点进行四面体化形成对隐式曲面逼近的壳空间四面体网格,在每个壳空间四面体中抽取三角形,所有抽取的三角形拼合得到隐式曲面的三角网格表示.与以往方法相比,新的三角网格化方法更具有鲁棒性,可一次性获得高质量的三角形网格.最后给出了对常用隐式曲面进行三角化的实例比较,显示了新方法的有效性.     

基于CAD/CAE的卡扣模具快速设计与优化

为提高塑料卡扣模具设计的速度,利用ImageWare对塑料卡扣进行点云数据处理、特征线网格划分和曲面重构;将重构的塑料卡扣模型导入UG,借助UG的曲面修复功能缝合不连续的曲面,并以STL格式保存;利用UG的Mold Wizards模具设计模块,根据已保存的STL格式卡扣模型建立模具装配模型,设计分型面,生成模具成型零件的三维实体模型;用Moldflow/MPI进行塑料卡扣注射成型分析.结果表明采用优化后的模具设计参数与实验结果基本吻合。     

三维有限元网格尺寸场光滑化的优化模型和算法

针对单元尺寸值过渡剧烈会导致有限元网格包含低质量单元的问题,提出基于优化原理的单元尺寸场光滑化理论及对应的几何自适应四面体网格生成算法.首先输入CAD模型,生成一套覆盖模型内部的非结构背景网格;然后结合用户参数计算背景网格点上的曲率和邻近特征,以获得自适应CAD模型几何特征的初始单元尺寸场;再以最小化初始单元尺寸场的改变为目标,以单元尺寸值过渡受控为约束,通过求解一类凸优化问题光滑初始尺寸场;最后以光滑后的尺寸场为输入,先后在CAD模型表面与内部生成曲面网格和实体网格.实验结果表明,文中算法仅需5个用户参数,即可在给定CAD模型内部全自动生成高质量的四面体网格.     

基于网格优化的隐式曲面自适应多边形化

隐式曲面多边形化是隐式曲面绘制的一种常用算法.基于网格优化的隐式曲面快速自适应多边形化算法,首先用多边形化算法生成一个粗糙的初始网格,再利用网格优化方法从网格顶点位置、规则性和网格法向三个方面对粗糙网格进行调整,最后根据网格的局部曲率用多边形细分策略细分优化后的网格.实验结果表明,该算法在网格生成速度和网格规则性上都胜于Marching Cubes的多边形化算法,恢复的隐式曲面能较好地反映形状特征.     

基于网格优化的隐式曲面自适应多边形化

隐式曲面多边形化是隐式曲面绘制的一种常用算法.基于网格优化的隐式曲面快速自适应多边形化算法,首先用多边形化算法生成一个粗糙的初始网格,再利用网格优化方法从网格顶点位置、规则性和网格法向三个方面对粗糙网格进行调整,最后根据网格的局部曲率用多边形细分策略细分优化后的网格.实验结果表明,该算法在网格生成速度和网格规则性上都胜于Marching Cubes的多边形化算法,恢复的隐式曲面能较好地反映形状特征.     

面向组合参数曲面扩展B-rep的特征简化和网格生成算法

针对CAD模型通常包含大量几何特征,而某些特征会制约高质量网格生成的问题,提出一套实现组合曲面模型的自动特征简化和高质量网格生成的算法.首先引入离散曲面B-rep和虚面等概念,扩展B-rep的适用能力;随后基于扩展B-rep自动识别短边、窄面、邻近和不光滑边界等4类曲面特征;其中短边利用曲线合并来消除,后3类特征则通过曲面合并来消除.由于曲面合并形成的虚面缺乏连续的参数表达,可利用其离散模型生成高质量曲面网格;虚面内部网格点被反映射回连续曲面,以保证最终网格模型的几何精度.最后通过若干特征简化和网格生成实例验证了文中算法的有效性和实用性.     

Poisson-Boltzmann方程的并行有限元求解及网格自适应生成

说明如何利用并行自适应有限元软件平台PHG 求解生物分子溶液体系的非线性Poisson-Boltzmann方程,并介绍一种解决这类问题的方法,它将网格生成与自适应计算过程结合在一起,可自动产生合适的网格,避免复杂的曲面网格生成步骤.之前的网格生成工作有：（1） TMSmesh生成高斯曲面的三角网格; （2） TransforMesh删除自相交的三角网格; （3） ISO2Mesh提高表面网格质量3个步骤.而基于PHG的自适应加密模块可以在逐次调整网格的同时保持动态负载平衡,高效地得到计算网格用于近似求解非线性Poisson-Boltzmann方程.计算了小球模型和AChE系统,分别从误差指示子下降阶和溶剂化能收敛的角度验证了方法的有效性,并且还将网格生成算法成功地应用于gA离子通道.