三维实体有限元可视化前处理系统开发

可视化前处理系统是有限元软件的重要组成部分。文章介绍了利用Visual C++和OpenGL图形库开发简易实用的三维实体有限元前处理系统的方法,实现了快速建立三维几何模型并划分网格的功能。另外,该系统具备视图操作功能,用户可方便地查看几何模型和有限元模型。     

基于AutoCAD的有限元前处理系统设计

以AutoCAD为几何平台,并利用其提供的二次开发技术实现了有限元前处理系统的编程。该方法解决了常规的有限元分析系统中的几何建模系统和前处理系统脱节的问题。集成了造型、单元属性设置、网格划分、显示等多种模块。研究了有限元前处理系统的若干关键技术,包括如何控制网格形态、输出求解数据接口、基于ObjectARX的CAD/CAE集成设计、复杂三维实体的四面体网格全自动生成算法。建立了一个基于AutoCAD的有限元前处理系统。     

基于NURBS表示的实体三维有限元网格生成

有限元网格生成是零件几何定义和有限元分析之间必不可少的步骤。为实现有限元网格生成的自动化,人们编制了许多程序,但大多数难以应用于复杂的三维物体。本文借助于参数映射法的支持,对基于NURBS表示的实体进行有限元网格划分,并给出了一带网格的长方体和弯曲变形后的网格形状实例。     

三维实体有限元自适应网格规划生成

为实现三维实体有限元网格自适应生成,设计了中心点、沿指定曲线和基于实体表面等网格加密生成方式;并根据分析对象几何特征和物理特性经验估计,以规划的方式构造自适应网格单元尺寸信息场．在此基础上,提出基于Delaunay剖分的动态节点单元一体化算法,生成几何特征和物理特性整体自适应的有限元网格．     

基于几何造型的有限元前处理技术

本文在综述了有限元网格生成技术的基础上,着重介绍一个基于几何造型系统的有限元分析的前处理系统。这个系统作为几何造型系统与有限元分析程序之间的接口,主要功能是对几何造型系统的二维任意形体进行有限元网格的划分,并能够进行局部加密,自动节点编号,交互划分定义单元组,定义单元节点信息、载荷信息、边界条件等,最终生成有限元分析程序所需的输入文件。同时,还能够处理平移扫描体和旋转扫描体等二维半形体。本文主要算法可以推广到三维形体的网格生成,实现对更广泛的三维结构的有限元网格生成。     

三维渗流有限元软件GWSS开发与应用

针对复杂地质条件的三维地质建模、复杂建筑物的几何建模和复杂防渗排水系统作用下渗流场精细模拟等三维渗流场有限元分析的难点问题,采用IDL开发面向水工结构和岩土工程的渗流有限元分析软件GWSS（Ground Water Simulation System）.该软件包括系统控制模块、数据管理模块、前处理模块、计算模块、后处理模块和制图输出模块等六大模块.前处理模块具有基于钻孔和钻孔剖面的三维地质建模、几何建模与有限元网格生成等功能;计算模块主要用于各种闸坝、堤防、隧道和地下洞室等渗流问题的计算分析等;后处理模块可显示各渗流要素的三维云图和任意截面的二维云图等.GWSS已经在国内四十多个工程的渗流计算中得到应用和检验.     

基于OpenGL的有限元建模三维仿真

在有限元建模方面利用OpenGL进行三维仿真,研究了有限元分析类库的建立,系统论述了结合OpenGL进行三维仿真的方法和流程,开发了方便实用的有限元分析前置处理系统,并给出了工程实例。     

三维实体的体几何模型

在科学可视化,体图形学及有限元等许多应用问题中,都需要处理三维实体的内部、从点集拓扑体模型的思想出发,实体内部的属性及结构可看作三维实体占据的空间位置的函数,该文 体几何模型描述三维形体占据的空间位置,并给出构造体几何模型的一些简单方法,体几何模型是三参量模型,容易离散化所需计算量及存储量皆很少,体几何模型可用于三维实体的有限元剖分,实体内部的可视化与体图形学等领域中。     

激光辐照热效应混合模拟方法

针对激光辐照热效应模拟中传统的有限元法对复杂几何结构和多次散射光处理能力较差的问题,在三维多物理场流-固耦合问题并行计算程序CFS中实现射线追踪-有限元模拟方法.与传统有限元法相比,该方法在有限元网格划分的基础上,采用射线追踪技术将各网格单元所吸收的辐照激光能量加入方程求解系统.对2A12硬铝材料腔体结构件激光辐照热效应的计算表明,该方法提高程序对计算模型几何结构复杂性的适应能力,解决多次散射光存在时传统方法难以准确描述辐照激光能量在求解区域中分布的问题,从而有效扩展CFS程序的使用范围.     

基于T-Spline的全自动几何拓扑修复方法

从高质量曲面网格生成的需求出发,提出了一种基于T-Spline的全自动几何拓扑修复方法.本文方法创新性主要可归纳为:1）对原有计算机辅助设计（Computer aided design,CAD）几何模型不进行任何修改保留其本真,自动识别CAD几何模型中常见不必要的几何特征,成功解决了CAD几何模型中存在的几何瑕疵,如短边、窄面、退化边、退化面、非连续光滑边界及尖锐特征等,利用新生成的"虚边"、"虚面"处理几何瑕疵,同时通过虚拓扑重构CAD几何模型的B-Rep;2）开发了一套CAD/CAE集成系统,统一了几何模型与计算分析模型,实现计算机辅助工程（Computer aided engineering,CAE）与CAD两者的无缝集成,所有拓扑修复操作及后续CAE分析计算均在同一环境下进行,避免了几何模型在CAE与CAD系统间进行转换时造成的数据丢失.该方法能够对复杂实体实现全自动几何拓扑修复及网格生成,实验表明,在保证不失真的前提下,修复后的几何模型能够生成质量良好的网格且能降低网格的生成规模,验证了本文方法的实用性和有效性,以满足工程实际分析的需要.     

混合B样条实体模型的等几何拓扑优化

等几何拓扑优化方法将经典拓扑优化理论中的有限元分析过程更改为等几何分析计算,从而提 高了拓扑优化的效率与稳定性。针对现有的等几何拓扑优化方法在处理复杂实体结构优化问题时具有一定的局 限性,提出一种非结构化样条实体等几何拓扑优化方法。基于混合 B 样条构造技术,在非结构化六面体网格上 构造具有复杂结构的样条实体,并将其作为拓扑优化问题的设计域。用于描述这一样条实体的基函数被直接应 用于材料密度分布的表达以及等几何分析计算。在数值算例中,该方法表现出应用于复杂结构时的良好稳定性 和鲁棒性。研究成果对等几何拓扑优化方法应用于实际工程问题具有一定的参考意义。     

二维几何特征自适应有限元网格生成(一)--几何特征识别

发现二维形体边界均匀离散点集Delaunay三角剖分所具有的4个性质．根据这4个性质所描述的Delaunay三角剖分和形体几何特征之间的关系提出几何特征自动识别方法,并建立网格自适应机制,实现三维形体几何特征和部分力学特性自适应有限元网格自动生成．     

一个基于网格前沿技术的三维实体四面体有限元网格剖分算法

在三维实体有限元网格自动生成过程中,其主要问题是如何生成均匀的网格结点。本文用网格前沿技术逐层生成网格结点,并采用Ｄｅｌａｕｎａｙ 三角剖分技术生成四面体网格单元。最后给出了两个剖分实例。     

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。     

起重机轮轨接触分析的参数化建模方法及其应用

为准确快速地对起重机钢制车轮踏面与轨道接触应力的分布状况进行有限元分析,运用ANSYS APDL参数化建模,建立常见的起重机车轮与轨道接触分析的数值模型。该模型通过输入必要的车轮几何参数、网格划分参数和载荷参数即可自行完成实体建模、网格划分、载荷施加和求解。实例应用结果证明整合几何参数化和网格划分参数化的建模方法可大大提高起重机轮轨接触分析效率。     

不规则复杂牙冠模型的建立及优化分析

从牙齿扫描的点云数据出发,提出优化的快速行进距离场构建算法用于实现牙冠 模型的高精度快速生成。借助计算机辅助工程中的应力有限元分析方法,获得网格单元上的受 力情况,建立有限元实体网格单元与三角面片网格模型面片间应力关系模型。利用仿真引导设 计的方法实现常规临床治疗手工加工过程的数字化和虚拟化,从而有效加速建模过程,并将模 型修整部分提前到设计阶段。通过创建并优化后的模型可简化治疗程序、缩短治疗周期、减轻 病人痛苦。     

统一的数字几何处理框架

随着三维几何模型在工业界的广泛应用，处理几何信号的算法变得越来越重要。尽管近几年数字几何处理研究有了很大的进展，仍然缺乏一个类似于数字图像处理的统一解决方案。该文提出了任意网格的数字信号处理框架，很好地满足了这一需求。该框架的核心思想是通过为任意网格模型构造一个全局球面（或平面）参数化，把模型的所有属性转化为定义在球面（或平面）上的信号，然后采用球面（或平面）正交分析工具对这些信号做分析处理，在这些框架下，所有的数字图像处理技术都可以被扩展到网格模型，该文还给出了包括滤波、多分辨率编辑和压缩在内的几种典型应用的实现方法和试验结果。     

自动分网中的几何模型处理方法

自动分网是有限元分析中最常用的网格划分方法。几何模型是自动分网的基础,其尺寸和形状直接影响网格形式。为了划分出预期的网格,网格划分前必须对几何模型进行适当处理。本文介绍几何模型的各种处理方法。     

基于曲率流的四边形主导网格的光顺方法

网格模型是计算机图形学和数字几何处理中运用最为广泛的三维几何表达方式.四边网格(以四边形为主的网格)由于其符合人们对几何形状变化的自然感知,在表示三维几何上有其独有的优势,并且可以更为直接地应用在几何造型、细分曲面、建筑设计等方面.文中针对四边形主导网格含有噪声的情况,设计了一种基于表面微分属性的光顺方法,该方法具有易实现、计算效率高的特点.基于曲率流的几何扩散可以有效地保持原网格的几何特征,同时还针对四边形主导网格的T-顶点进行了特殊处理.     

岩土工程有限元软件应用与发展(一) 通用大型有限元软件

作为有限元理论到应用的一个重要工具——有限元软件，在地质工程及岩土工程数值计算中起到承上启下、理论与应用相结合的关键纽带作用。通用有限元软件具有强大的几何模型处理能力，并能与流行的CAE无缝集成：具有强大、先进的网格处理能力：含有丰富的单元类型库和材料库，二次开发能力强；可以求解多种有限元问题，从线性问题到非线性问题，从静力问题到动力问题；内置强大的接触分析能力；应用领域广泛，可进行多场耦合；程序面向用户的开放性；集成地质及岩土工程模型处理能力等特点。