结合体细分的复杂六面体网格模型交互式构造方法

针对目前六面体网格模型生成与构造困难的问题,提出了一种基于体细分的复杂六面体网格模型交互式构造方法.用户首先通过交互方式构建出模型骨架,在骨架结构的节点处放置立方体,并对节点立方体进行旋转、平移、缩放等交互操作.然后,通过节点之间的连接与拓扑分裂操作,便可以生成初始的六面体控制网格.进一步,通过Catmull-Clark插值体细分方法生成具有不同分辨率的六面体网格.最后通过padding操作消除在边界处的退化单元以及提升六面体网格单元质量,从而得到最终的六面体网格模型.数值实例结果表明,所提方法可方便且高效地交互生成六面体网格,与传统方法相比,省略了从表面网格生成体网格的中间步骤,在有限元分析、等几何分析及动画建模中具有应用价值.     

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.     

基于梯度函数的仿生骨支架建模与评价

为了构建拟合实际骨微观结构且孔隙梯度变化连贯的仿生骨支架,在对实际骨进行Micro CT扫描和ROI分析的基础上,通过梯度函数与遗传算法相结合的方法,构建出既拟合实际骨孔隙分布规律又具有一定随机性的微观孔结构负模型,再将负模型与实体模型进行布尔运算获得仿生骨支架模型.结果表明,仿生骨支架模型的孔隙率、梯度拟合度和连通性...     

基于栅格法的多体六面体网格自动生成

基于栅格法的六面体网格生成算法由于多体模型复杂的边界几何特征,导致稳定性较差和产生一些质量较差的边界六面体单元.针对这一问题,提出一套以栅格法为基础的全六面体网格自动生成算法.在边界拟合环节,利用Embedding技术提出一种边界拟合算法,建立了实体模型边界元素和核心网格外围边界元素的对应关系,使得六面体网格很好地描述实体模型的几何特征;在拓扑优化环节,利用Pillowing技术给出一种消除网格中拓扑连接关系较差的六面体单元的方法.若干实体模型算例结果表明,该算法实用性强,效果良好.     

基于片分割的六面体网格生成方法

为了发展一种保证边界质量、考虑全局信息、具有较高计算效率的六面体网格生成技术,提出了基于片分割的六面体网格生成方法.首先在标架场的指引下由实体表面的环扩展出一层六面体单元,然后用该六面体单元层将原实体分割为2个更小规模的子实体,最后采用同样的方式递归处理子实体直至子实体为空.该方法采用分而治之的策略,适宜于并行化.数值实验结果表明,文中方法生成的网格与当前领先的网格生成方法生成的网格质量相当.     

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.     

一种适用于任意复杂结构的曲六面体网格生成算法

曲六面体网格自动生成是时域谱元法发展的瓶颈问题。本文采用基于体基函数的协变投影算法,将一个10节点曲四面体单元分解为四个20节点曲六面体单元,从而形成一种适用于任意复杂结构的曲六面体网格生成算法。使用该算法能够将曲四面体单元均匀分割,且确保新形成的曲六面体单元的翘曲最小。典型算例表明,使用该算法建立的曲六面体离散模型,完全满足时域谱元法的计算精度要求。     

基于Abaqus的过盈装配有限元分析

针对某结构固定孔与套筒的过盈装配问题,利用Abaqus/Explicit建立该结构过盈装配的显式积分有限元分析模型.将固定孔视为可变形材料,采用八节点三维实体单元划分网格;将套筒定义为不变形的刚体结构,采用四节点离散刚体壳单元划分网格.通过对孔边应力分布情况的分析,说明计算结果与实际装配问题的一致性.最后对过盈装配中出现的偏心问题和采用壳单元建立有限元模型出现的问题进行讨论.     

子域约束扫掠体的六面体网格生成方法

为了保证扫掠法生成六面体网格的效率,必须将扫掠体中的扫掠面划分为结构网格.受到连接体在扫掠面上形成的子域影响,扫掠面的网格划分会出现局部的非结构网格,阻碍扫掠法的应用,为此提出一种新的扫掠方法.该方法将扫掠体中含有子域约束的面网格进行分割,将分割出的结构网格与非结构网格重组为新的扫掠组;在各扫掠组内补充边界点,在边界点内插值生成内部节点,最终完成整个扫掠体六面体网格节点的生成.实例结果表明,文中方法稳定、可靠,可处理复杂2.5D实体六面体网格生成问题.     

改进的布尔方法及其在虚拟ACL手术中的应用

为了实现在虚拟ACL手术中对骨骼模型进行钻孔操作的动态模拟,提出了一种针对面网格模型的改进布尔操作方法.首先对与切割曲面相交的三角形进行细分,并移动切割曲面附近的网格顶点使其位于曲面上,实现模型表面上的布尔操作;然后对切割曲面附近的模型表面进行平滑处理,以消除在顶点移动操作中带来的模型表面锯齿状现象;最后采用前沿推进方法生成模型的内壁网格,并利用基于时间的钻孔深度控制函数实现对钻孔操作过程的动态模拟.该方法消除了近似布尔方法中的"T"型点问题,能够保持模型表面平滑效果和切割边缘尖锐特征,实现了对布尔操作的动态模拟,满足实时性的要求.该方法适用于实时系统中针对面网格模型的动态、交互式布尔操作模拟.     

六面体网格生成和优化研究进展

文中总结了近十几年来六面体网格生成和优化的研究进展.首先概述六面体网格生成的研究进展,将其归为整体生成方法和基于模型分解的生成方法 2类,并指出各类方法的优缺点;然后概述六面体网格优化的研究现状,包括几何优化和拓扑优化;最后阐述六面体网格生成与优化的发展趋势.     

大型空间环型天线结构动力学分析

本文对大型空间环型天线结构振动的基本形式进行研究,选择边界条件为伸展臂与桁架结构连接面的固定约束.网格划分采用四面体单元与六面体单元结合的方法,杆件体结构规则采用六面体单元格,刚性连接处由于结构复杂采用四面体单元格.前四阶模态分析结果表明天线存在扭转振动、弯曲振动、横摇振动、呼吸振动等四种基本振动形式.研究了材料参数和边界条件的选取对振动模态和固有频率的影响.所得结果能为结构非线性动力学分析中模态函数选取和共振形式的分析提供重要参考.施加简谐激励研究大型空间环型天线稳态受迫振动响应,该结果对于预测结构的动力学特性以及避免共振具有重要的指导意义.     

基于有界双调和权的人体局部网格变形方法

为了提高三维人体模型运动过程中的局部变形质量,提出了一种有界双调和权重 与双四元数混合蒙皮相结合的人体局部网格变形方法。首先将三维人体局部模型进行四面体化; 然后设置模型的骨骼控制单元;接下来通过拉普拉斯能量和最小化,并结合权重设置的边界约 束条件,计算各骨骼控制单元对人体局部模型内各顶点运动形变的有界双调和权;最后将三维 人体局部模型的各网格端点与骨骼控制单元混合绑定,并将各骨骼控制单元的运动参数转换为 双四元数,在双四元数运算空间结合有界双调和权,计算基于骨骼控制单元驱动的三维局部模 型的运动形变,从而完成运动状态下双四元数与有界双调和权相结合的混合蒙皮。实验表明, 该方法能使三维人体局部模型在运动时有较为平滑、自然的变形效果。     

全局各向异性四边形主导网格重建方法

四边形网格的结构特点要求网格单元满足全局一致性,难以取得网格质量与表达效率之间的平衡.为此,提出一种基于全局的各向异性四边形主导网格重建方法,可生成网格质量好且冗余程度低的四边形网格.重建过程以主曲率线为基本采样单元,首先计算模型表面的主曲率场并对主曲率场积分,得到密集的主曲率线采样;再根据贪心算法,利用几何形体自身的各向异性找出冗余度最高的主曲率线并予以删除;如此循环,直至达到理想的采样密度.该重建方法适用于任意拓扑网格模型,所得到的各向异性四边形主导网格在网格模型分辨率下降时,由于始终保留重要主曲率线,从而可以更好地保持模型特征.同时,在基于贪心算法的渐进式主曲率线删除过程中,可产生分辨率连续可调的四边形主导网格.     

二阶多面体网格中关键特征控制的表面重建技术

针对基于二阶多节点多面体网格的表面重建过程中存在的准确拓扑及绘制、传输代价等问题,提出了一种基于关键特征控制的表面重建技术.研究并分析了二阶多节点多面体单元等参插值函数的性质特征,在网格单元棱边插值计算曲面轮廓点,在网格表面及体内提取曲面的几何特征关键点;根据3类插值关键点间的逻辑关系制定了令拓扑准确唯一的面片三角化规则及修复策略,设计了基于关键点的三角面片压缩索引结构.实验结果表明,该方法可准确计算并描述基于二阶多节点多面体网格单元的曲面几何拓扑结构,反映网格单元内部面片的真实凹凸性质,克服了拓扑二义性,具备对不同精度要求的适应性,并有效降低了绘制与传输代价.     

基于兼容性网格分割的骨骼参数计算

为了解决骨骼参数难以测量的问题,提出一种利用网格分割结果计算参数的方法.首先对骨骼网格模型在提取少量特征点的基础上进行语义分割;然后将分割得到的模板借助基于Laplacian变形的非刚性配准,指导同类骨骼模型实现快速兼容性分割;最后结合网格分割结果及特征点计算出骨骼的主要形态参数.实验结果表明,该方法仅需少量的用户交互就能获得较好的测量效果,结合模板的策略也支持大批量骨骼模型的参数测定.     

修井机Y形支座受井架坠落撞击的数值模拟

在ANSYS中建立修井机井架和Y形支座的有限元模型,并采用六面体单元划分网格.用ANSYS/LS-DYNA进行计算,获得井架坠落撞击过程的完整图像以及井架和Y形支座在坠落撞击过程中产生的应力状况,并得到产生裂纹可能性最大的井架部位.该方法为事故井架的无损检测、修理补焊或者钢材更换等提供理论支持.     

用MSC.Patran快速建立双轴柔性铰链六面体有限元模型

有限元模型的建立是工程分析中的重要步骤之一.在对实体模型进行分析时,通常要先进行Tet(四面体单元)划分来初步求解.但根据有限元法理论,Tet模型求解的精度不高,而Hex(六面体单元)模型具有更高的求解精度.因此对于一些对分析精度要求较高的结构,还需进行Hex划分以精确求解.本文将介绍如何在Patran环境中对双轴柔性铰链进行六面体快速建模.     

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.     

轻轨车固定铰接结构有限元分析及方案改进

为保证轻轨列车的行驶安全,对固定铰接结构进行强度校核。选择接触非线性有限元方法,采用空间六面体单元和四节点壳单元建立模型,对某铰接结构及其连接螺栓进行静强度分析。初步计算结果表明左铰接件连接螺栓的应力不满足设计要求。通过调整铰接座的螺栓孔距、取消螺栓安装铰接座上的下沉孔、加大螺栓孔与铰接座边界的距离对固定铰接结构进行改进,结果表明：螺栓和铰接座的最大应力分别降低2.62%和41.85%,满足设计要求。