專利名稱：一種由內(nèi)向外的六面體網(wǎng)格生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針對(duì)類圓柱體域的由內(nèi)向外的六面體網(wǎng)格生成方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，數(shù)值模擬方法越來(lái)越廣泛地用于對(duì)三維實(shí)體進(jìn)行各種科學(xué)和工程問題的仿真，如對(duì)實(shí)體的結(jié)構(gòu)力學(xué)特性、流體力學(xué)性質(zhì)、熱傳導(dǎo)性以及生物組織的力學(xué)特性等進(jìn)行仿真。數(shù)值模擬方法的重要前提條件是對(duì)三維實(shí)體建立準(zhǔn)確描述其幾何形態(tài)的離散有限元網(wǎng)格。由于真實(shí)世界中實(shí)體具有復(fù)雜不規(guī)則的幾何形態(tài)，使得建立的高質(zhì)量有限元網(wǎng)格往往需要大量的時(shí)間。有限元網(wǎng)格是數(shù)值模擬的基礎(chǔ)，其網(wǎng)格模型的幾何相似性、力學(xué)相似性和單元排列結(jié)構(gòu)都會(huì)影響有限元分析的結(jié)果。目前，有限元網(wǎng)格主要有四面體網(wǎng)格和六面體網(wǎng)格兩 種類型。與四面體網(wǎng)格相比，六面體網(wǎng)格在計(jì)算誤差、網(wǎng)格數(shù)量和抗畸變程度等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。此外，采用應(yīng)力區(qū)域周圍單元排列規(guī)則的六面體網(wǎng)格能夠更好地模擬對(duì)象的物理特性。因此能對(duì)真實(shí)世界中復(fù)雜的三維實(shí)體建立高質(zhì)量(大小盡量均勻、排列盡量規(guī)則)的六面體網(wǎng)格剖分，生成高度仿真的有限元模型，一直是有限元分析領(lǐng)域追求的理想。傳統(tǒng)的六面體網(wǎng)格生成方法主要為形狀規(guī)則的CAD實(shí)體模型設(shè)計(jì)，主要有映射単元法、掃掠法、柵格法、単元轉(zhuǎn)換法、粘貼法和編織算法等。這些方法在傳統(tǒng)CAD實(shí)體模型的六面體網(wǎng)格劃分方面取得了很大進(jìn)展，并已成熟地應(yīng)用于主流的商業(yè)CAD系統(tǒng)中。而現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體通常采用自由表面表示，具有復(fù)雜不規(guī)則的幾何形態(tài)，往往不能直接使用傳統(tǒng)的六面體網(wǎng)格生成方法進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供ー種由內(nèi)向外的六面體網(wǎng)格生成方法，為三維類圓柱體域生成大小均勻、排列規(guī)則的高質(zhì)量六面體網(wǎng)格。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
它包括以下步驟
(1)、根據(jù)輸入的實(shí)體體域四面體網(wǎng)格，交互地構(gòu)造主方向調(diào)和場(chǎng)；
(2)、利用主方向調(diào)和場(chǎng)，構(gòu)造體域內(nèi)初始六面體網(wǎng)格和徑向調(diào)和場(chǎng)；
(3)、在主方向調(diào)和場(chǎng)和徑向調(diào)和場(chǎng)的引導(dǎo)下，將初始六面體網(wǎng)格由內(nèi)向外推移至實(shí)體邊界處,生成實(shí)體體域的六面體網(wǎng)格。在采用上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可采用或組合采用以下進(jìn)ー步的技術(shù)方案
所述交互地構(gòu)造主方向調(diào)和場(chǎng)的步驟包含以下步驟
在實(shí)體體域的外表面網(wǎng)格上構(gòu)造封閉輪廓線以選擇約束點(diǎn)集；
為約束點(diǎn)集設(shè)置指定的約束值作為首末端邊界條件，其中首端點(diǎn)集的約束值為0，末端點(diǎn)集的約束值為I;計(jì)算在首末端邊界條件約束下的主方向調(diào)和場(chǎng)。所述計(jì)算在邊界條件約束下主方向調(diào)和場(chǎng)的步驟中，四面體網(wǎng)格上離散拉普拉斯方程采用如下的拉普拉斯算子
權(quán)利要求
1.ー種由內(nèi)向外的六面體網(wǎng)格生成方法，其特征在于它包括以下步驟 (1)、根據(jù)輸入的實(shí)體體域四面體網(wǎng)格，交互地構(gòu)造主方向調(diào)和場(chǎng)； (2)、利用主方向調(diào)和場(chǎng)，構(gòu)造體域內(nèi)初始六面體網(wǎng)格和徑向調(diào)和場(chǎng)； (3)、在主方向調(diào)和場(chǎng)和徑向調(diào)和場(chǎng)的引導(dǎo)下，將初始六面體網(wǎng)格由內(nèi)向外推移至實(shí)體邊界處,生成實(shí)體體域的六面體網(wǎng)格。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所要求的ー種由內(nèi)向外的六面體網(wǎng)格生成方法，其特征在于所述交互地構(gòu)造主方向調(diào)和場(chǎng)的步驟包含以下步驟 在實(shí)體體域的外表面網(wǎng)格上構(gòu)造封閉輪廓線以選擇約束點(diǎn)集； 為約束點(diǎn)集設(shè)置指定的約束值作為首末端邊界條件，其中首端點(diǎn)集的約束值為O，末端點(diǎn)集的約束值為I ; 計(jì)算在首末端邊界條件約束下的主方向調(diào)和場(chǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所要求的ー種由內(nèi)向外的六面體網(wǎng)格生成方法，其特征在于所述計(jì)算在邊界條件約束下主方向調(diào)和場(chǎng)的步驟中，四面體網(wǎng)格上離散拉普拉斯方程采用如下的拉普拉斯算子
4.根據(jù)權(quán)利要求I所要求的ー種由內(nèi)向外的六面體網(wǎng)格生成方法，其特征在于所述構(gòu)造體域內(nèi)的初始六面體網(wǎng)格的步驟包含以下步驟 提取主方向調(diào)和場(chǎng)的等值截面集合，使得相鄰等值截面間的平均距離等于期望六面體邊長(zhǎng)； 沿每個(gè)等值截面的中軸曲線放置四邊形單元，生成每個(gè)等值截面上初始的內(nèi)部四邊形網(wǎng)格QSi ； 連接相鄰等值截面上對(duì)應(yīng)四邊形單元，生成體域內(nèi)部初始六面體網(wǎng)格H。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所要求的由內(nèi)向外的六面體網(wǎng)格生成方法，其特征在于所述構(gòu)造徑向調(diào)和場(chǎng)的邊界約束條件為初始六面體網(wǎng)格內(nèi)部的四面體網(wǎng)格頂點(diǎn)約束為O，實(shí)體體域邊界上的四面體網(wǎng)格頂點(diǎn)約束為I。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所要求的ー種由內(nèi)向外的六面體網(wǎng)格生成方法，其特征在于所述的將初始六面體網(wǎng)格由內(nèi)向外推移至實(shí)體邊界處的步驟包含以下步驟 在每個(gè)等值截面上，由內(nèi)向外推移其內(nèi)部四邊形網(wǎng)格QSi的輪廓，生成ー層四邊形網(wǎng)格 QLi ； 對(duì)四邊形網(wǎng)格QLi中質(zhì)量差的四邊形單元進(jìn)行自適應(yīng)的拓?fù)浞纸猓? 連接相鄰等值截面上對(duì)應(yīng)四邊形單元，生成當(dāng)前推移的ー層六面體網(wǎng)格Hi ； 將本次推移得到的六面體網(wǎng)格Hi加入到實(shí)體的六面體網(wǎng)格H中，并更新每個(gè)等值截面的內(nèi)部四邊形網(wǎng)格QSi。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所要求的ー種由內(nèi)向外的六面體網(wǎng)格生成方法，其特征在于所述由內(nèi)向外推移輪廓的步驟中，任意位置處的推移方向?yàn)榇颂帍较蛘{(diào)和場(chǎng)的梯度向量方向。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所要求的ー種由內(nèi)向外的六面體網(wǎng)格生成方法，其特征在于所述由內(nèi)向外推移輪廓的步驟中，毎次推移的距離為期望的六面體邊長(zhǎng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所要求的由內(nèi)向外的六面體網(wǎng)格生成方法，其特征在于所述對(duì)四邊形単元的拓?fù)浞纸夤灿幸韵氯N分解方式 一個(gè)四邊形単元分解為四個(gè)四邊形單元； 兩個(gè)相鄰四邊形単元分解為六個(gè)四邊形單元； 三個(gè)相鄰四邊形單元分解為八個(gè)四邊形單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所要求的由內(nèi)向外的六面體網(wǎng)格生成方法，其特征在于所述的四邊形單元拓?fù)浞纸鈱?duì)連續(xù)等值截面上的一組四邊形単元同時(shí)進(jìn)行。全文摘要
本發(fā)明提供了一種由內(nèi)向外的六面體網(wǎng)格生成方法，它包括以下步驟(1)根據(jù)輸入的實(shí)體體域四面體網(wǎng)格，交互地構(gòu)造主方向調(diào)和場(chǎng)；(2)利用主方向調(diào)和場(chǎng)，構(gòu)造體域內(nèi)初始六面體網(wǎng)格和徑向調(diào)和場(chǎng)；(3)在主方向調(diào)和場(chǎng)和徑向調(diào)和場(chǎng)的引導(dǎo)下，將初始六面體網(wǎng)格由內(nèi)向外推移至實(shí)體邊界處，生成實(shí)體體域的六面體網(wǎng)格。本發(fā)明能夠?yàn)轭悎A柱體域生成大小均勻、排列規(guī)則的高質(zhì)量的六面體網(wǎng)格，可以為各類數(shù)值模擬問題建立高度仿真的有限元模型。
文檔編號(hào)G06T19/00GK102654923SQ20121011935
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者唐敏, 李孟飛, 童若鋒 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)