基于区域曲率特性的网格模型简化算法

对目前网格模型简化中的特征保护问题,提出了一种基于区域曲率特性的网格模型简化算法。利用混合过渡特征提取算法提取模型特征并进行区域分割,获得模型的特征区域与非特征区域,然后根据区域曲率值大小及面片数量进行简化量调整分配。研究了基于面积权值的QEM简化算法,并对各个区域进行独立简化,以实现不同网格区域简化过程的优化。通过实例验证比较,所提出的基于区域曲率特性的简化算法比整体简化算法和线性比例分配简化算法具有更优的简化效果和精度。     

基于区域曲率特性的网格模型简化算法

对目前网格模型简化中的特征保护问题,提出了一种基于区域曲率特性的网格模型简化算法。利用混合过渡特征提取算法提取模型特征并进行区域分割,获得模型的特征区域与非特征区域,然后根据区域曲率值大小及面片数量进行简化量调整分配。研究了基于面积权值的QEM简化算法,并对各个区域进行独立简化,以实现不同网格区域简化过程的优化。通过实例验证比较,所提出的基于区域曲率特性的简化算法比整体简化算法和线性比例分配简化算法具有更优的简化效果和精度。     

圆弧齿轮有限元分析专用软件网格的自动划分

在自主开发的圆弧齿轮有限元分析专用软件中,利用三维有限元法对圆弧齿轮进行力学计算,关键技术是圆弧齿轮有限元模型的网格划分。针对OpenGL绘制的四圆弧齿轮三维实体模型,提出了一种用于分析四圆弧齿轮的网格自动划分方法,包括四圆弧齿轮端面网格自动划分、三维实体网格的自动划分。输入齿轮基本参数即可实现四圆弧齿轮有限元模型的网格自动划分。此方法符合四圆弧齿轮的几何结构特点,并能满足有限元分析的精度要求。     

有限元分析模型的网格生成方法及实现

在有限元分析中，与计算机的信息交换是个重要问题，因此有限元分析中的前处理成为该项研究中的重要课题。本文分析了几种主要的有限元网格模型的生成方法，阐述映射算法的自动网格生成原理及网格疏密方法，并给出详细的算法框图。     

机械CAD三角网格模型的特征表面分割混合算法

针对机械CAD三角网格模型中普遍存在的网格稀疏性和非均匀性分布等特点，提出了一种特征的二次提取及表面分割混合算法。第一次分割采用基于边的方法，即在平面合并的基础上对相邻三角面片法矢夹角的方差进行判断和处理，从而实现平面与其他稀疏网格表面区域的分割和边界特征的提取；第二次分割采用基于顶点的方法，首先由顶点的估算曲率计算出各面片的近似曲率，然后通过区域生长实现其他表面区域的分割及特征提取。实验结果表明，该方法能较准确地实现机械CAD三角网格模型的特征提取和表面分割。     

复杂机械零件的六面体有限元网格生成方法

为了解决复杂机械零件有限元仿真效率与计算精度难以保证的问题,提出一种面向复杂外形机械零件的全六面体有限元网格生成方法。通过引入有限元网格误差估算理论对关注区域的误差特性及其导致因素进行分析;基于复杂外形机械零件的几何特征与物理特性建立模型关键区域识别准则,并研究模型计算域虚拟规划策略给出其算法及其实施步骤;以模型计算域虚拟规划为基础,提出了六面体网格生成算法与结果网格的质量评价准则。算例应用验证表明,该方法能将复杂机械零件进行全六面体有限元网格划分,生成的结果网格具有关键区域特征表达准确、全局网格分布合理且单元质量高等特点。     

保持参数分布状态的有限元变形网格B样条曲面重建算法

针对变形前后的有限元网格模型及原始曲面模型,提出一种保持参数分布状态的B样条曲面重建算法。在裁剪区域,通过对原始曲面进行平移、延伸、截取及重新参数化等操作,构造初始拟合曲面;在非裁剪区域,在垂直于大曲率边界的参数方向上插入截面线并重新参数化两条大曲率边界,用双向蒙皮的方法重建拟合曲面。然后进入重新参数化网格点和重新拟合曲面的迭代过程,直至满足终止准则。在曲面迭代修改过程中,通过计算基函数的极值点给出一种更精确的欠约束区域判定方法;利用插值四边/三角细分算法细化粗糙网格模型,补充约束条件,提高拟合曲面的光顺性;借助拟合曲面补充边界约束条件,结合网格点插值和形状保持约束,改进裁剪曲面的拟合精度。实验结果验证了算法的有效性。     

基于网格的拉延模型面设计方法

提出了一种在零件网格模型的基础上直接生成工艺补充网格，得到拉延件网格模型，以用于有限元分析计算的方法。该网格生成算法不同于传统的网格剖分问题，不需要工艺补充部分的几何数据，从而避免了CAD数据在向CAE软件传输过程中可能遇到的问题，实现了模面设计与CAE功能的无缝结合。实例证明所提出的算法是有效的。     

面向STL模型的几何自适应曲面网格生成

采用保特征的模型分解方法将STL模型分割为多个子域,并为每个子域构建参考平面,将一类基于映射思想的前沿推进曲面网格生成算法应用于子域网格生成.在子域上构建G1连续的三角Bemstein-Bézier曲面,利用曲面的方向导矢计算子域的黎曼度量,在黎曼空间生成参数平面网格,以消除映射畸变.考虑曲面曲率和邻近特征计算边界采样点尺寸,利用采样点的Delaunay三角化为背景网格建立几何自适应尺寸场,通过尺寸场光滑化确保不同尺寸网格之间的合理过渡.数值试验表明,算法能针对复杂的STL模型生成高质量的自适应网格.     

基于参数化模型特征的有限元网格划分方法研究

基于开孔实体的参数化特征模型思想，本文提出了一种非自由边界分割有限元网格划分方法，可以针对开孔实体的几何特征和力学特征，对多种类型的开孔构件进行全六面体网格划分，生成的网格质量均匀、局部加密方便且疏密过渡合理。经买例应用表明，此种网格划分方法具有通用性强、简单、实用、高效等特点。     

基于STL文件的变密度三维全六面体网格自动生成方法

针对STL文件在传递复杂几何实体模型信息方面具有精度较高的特点，提出了一种基于STL文件变密度三维全六面体网格自动生成方法，给出了STL文件的数据格式及其内容约定，详细阐述了基于STL文件空间CAE模型表面特征自动识别、拓扑关系的生成和变密度栅格法加密信息场的建立等关键技术。实现了在实体模型表面曲率较大和厚度较小的局部区域进行协调加密，可以获得与实体模型边界吻合良好的全六面体协调网格，适合于工程问题的有限元分析计算。若干复杂实体模型算例表明，该算法实用性强，效果良好。     

六面体网格自动划分和再划分算法

提出了一种新的六面体网格自动划分和再划分算法“表层网格法”。首先根据所需划分模型进行模型的识别, 采用栅格法生成核心网格。然后进行核心网格与模型边界拟合,为克服由于边界拟合造成的表面网格质量下降, 采用包络表面网格的方法生成零厚度表层网格。通过表面网格和内部网格节点平滑处理技术,最终将模型划分为具有较高质量的完全六面体网格。最后通过网格划分和再划分实例表明:该算法具有原理简单、算法可靠、编程方便且划分网格质量高等特点,是分析材料塑性成形等问题比较理想的六面体网格划分算法。     

四叉树法非结构网格剖分技术研究

针对有限元前置处理中二维复杂域四边形网格自动剖分问题,对四叉树网格剖分算法进行了研究。描述了四叉树网格的数据结构及其递归生成过程;提出基于计算机图形学的网格黑白性判断算法;给出两种边界网格处理的修正方法,并对这两种修正方法进行了比较;利用四叉树数据结构的特点实现对网格遍历、查找、插入等操作,并根据最近共同祖先法完成四叉树网格邻域的查询。结果表明:采用该方法可以实现有限元网格全自动剖分,网格生成只依赖于二维域的几何特征,对复杂边界的适应性强,生成的网格域内全部为四边形,只在域边界处出现少量三角形网格,具有较高的质量;网格生成、遍历、查找等数据操作效率高、时间短。     

基于特征的自适应有限元网格自动生成

针对常规自适应有限元网格生成方法对分析对象的特征描述能力不足,提出了基于特征的自适应有限元网格生成方法。通过特征定义及特征点、线、域搜索,可实现基于特征控制的自适应有限元网格密度分布。     

内啮合斜齿轮高精度三维有限元自动建模方法

为提高内啮合斜齿轮有限元接触分析的建模速度和模型精度,提出了一种齿轮高精度三维有限元模型的自动建模方法。基于齿轮插刀齿廓方程,利用齿廓法线法,得到包括齿根过渡曲线的内、外斜齿轮端面齿廓,建立了内、外齿轮参数化粗网格有限元模型。开发了表层六面体网格剖分方法,自动识别齿面接触带单元,进行分级剖分细化,保证了有限元模型的建模精度和网格密度。进行了齿面接触分析,得到了内啮合斜齿轮的弯曲应力、接触应力、接触印痕、传动误差、时变啮合刚度和载荷分配率。粗细网格有限元模型计算结果对比分析表明,该方法提高了内啮合斜齿轮有限元建模效率和计算精度,缩短了计算时间,为快速准确的齿轮接触分析奠定了基础。     

METHOD FOR ADAPTIVE MESH GENERATION BASED ON GEOMETRICAL FEATURES OF 3D SOLID

In order to provide a guidance to specify the element size dynamically during adaptive finite element mesh generation, adaptive criteria are firstly defined according to the relationships between the geometrical features and the elements of 3D solid. Various modes based on different datum geometrical elements, such as vertex, curve, surface, and so on, are then designed for generating local refined mesh. With the guidance of the defined criteria, different modes are automatically selected to apply on the appropriate datum objects to program the element size in the local special areas. As a result, the control information of element size is successfully programmed covering the entire domain based on the geometrical features of 3D solid. A new algorithm based on Delaunay triangulation is then developed for generating 3D adaptive finite element mesh, in which the element size is dynamically specified to catch the geometrical features and suitable tetrahedron facets are selected to locate interior nodes continuously. As a result, adaptive mesh with good-quality elements is generated. Examples show that the proposed method can be successfully applied to adaptive finite element mesh automatic generation based on the geometrical features of 3D solid.     

基于有限元法的准双曲面齿轮时变啮合特性研究

准确计算准双曲面齿轮的时变啮合参数是其系统动力学分析的基础。基于接触有限元分析原理,应用有限元分析软件ABAQUS对齿轮进行加载接触分析(Loaded tooth contact analysis,LTCA),准确计算准双曲面齿轮时变等效啮合参数,包括时变等效啮合点位置、时变等效啮合力作用方向、等效啮合力作用方向上的线位移传动误差和时变等效啮合刚度,并研究转矩大小对时变啮合参数的影响。对比有限元法与经典齿轮接触分析(Tooth contact analysis,TCA)方法求得的传动误差曲线,并对比有限元法计算与加载啮合试验获得的齿面啮合印迹,验证有限元模型和计算的正确性。该方法求得的时变等效啮合参数能够准确体现准双曲面齿轮的时变啮合特性,为进一步研究准双曲面齿轮系统动力学特性提供依据。     

一种基于STL几何模型的有限元三角形网格的自动生成方法

有限元网格划分是有限元分析的关键技术之一。本文利用CAD软件导出的STL几何模型,用自行开发的几何基本工具库对其进行几何信息提取,然后通过网格优化后,自动生成合格的三角形有限元网格,最后输出商业化有限元分析软件所需的前处理文件,为有限元分析提供了一个快速建模工具。     

Stress intensity factors for elliptical arc through cracks in mechanical joints by virtual crack closure technique

The reliable stress intensity factor analysis is required for fracture mechanics design or safety evaluation of mechanical joints at which cracks often initiate and grow. It has been reported that cracks in mechanical joints usually nucleate as corner cracks at the faying surface of joints and grow as elliptical arc through cracks, In this paper, three dimensional finite element analyses are performed for elliptical arc through cracks in mechanical joints. Thereafter stress intensity factors along elliptical crack front including two surface points are determined by the virtual crack closure technique. Virtual crack closure technique is a method to calculate stress intensity factor using the finite element analysis and can be applied to non-orthogonal mesh. As a result, the effects of clearance on the stress intensity factor are investigated and crack shape are then predicted.     

一种简单高效的有限元网格优化算法及应用

针对三维有限元实体模型中网格形状优化的问题,提出了一种新的网格优化算法,并编制了基于这种算法的网格优化程序。该算法的优点是计算简单、节省机时,且网格优化效率较高,性能较为可靠。