一種復(fù)雜模型完全六面體建模及幾何體重塑加密方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)雜模型完全六面體建模及幾何體重塑加密方法，該復(fù)雜模型完全六面體建模及幾何體重塑加密方法包括以下步驟：根據(jù)模型計算需要建立初步的幾何模型，對建立的幾何模型按照六面體單元進行劃分；簡單劃分網(wǎng)格后將過渡單元（五面體單元）分解為六面體單元；利用自編的網(wǎng)格轉(zhuǎn)化幾何體程序，將所有六面體單元重新按照結(jié)點對應(yīng)幾何體頂點方式建立全新的幾何體并進行局部控制加密。本發(fā)明的一種完全六面體建模及幾何體重塑加密方法，能夠快速建立完全六面體網(wǎng)格，并能任意控制局部加密密度，是進行大規(guī)?？茖W(xué)計算的前提條件，建立的模型在其他數(shù)值方法中同樣適合。
【專利說明】一種復(fù)雜模型完全六面體建模及幾何體重塑加密方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有限元建模領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)雜模型完全六面體建模及幾何體重塑加密方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在巖土工程有限元計算分析中，建立一個能反映實際地質(zhì)、地形條件和巖體結(jié)構(gòu)的計算模型是計算結(jié)果可靠性的關(guān)鍵。而在實際建模過程中，往往人為地進行一些簡化處理。有時所建立的模型只是所研究問題的一小部分，不能夠反映研究目標的整體情況，甚至出現(xiàn)計算模型與地質(zhì)實際嚴重不符的情況，從而在很大程度上降低了計算結(jié)果的可靠性。因此，為了消除這些非計算導(dǎo)致的誤差的因素，一定要建立足夠大尺寸模型，把所要研究目標涵蓋其中。
[0003]單元類型的選擇關(guān)系到計算效率和計算精度。從幾何上來說，任意區(qū)域都可以用三角形單元(平面或表面問題)或四面體單元(三維實體問題)來充填逼近，而且?guī)缀蜗嗨菩院谩６S三角形單元和三維四面體單元的分析結(jié)果精度不是最理想的，而且顯示效果也不好。相對說來，六面體單元變形特性好、計算精度高，被人們稱作“神圣網(wǎng)格”，六面體單元還可以提供形函數(shù)附加的項，來提高解的精度。使用六面體網(wǎng)格相比四面體網(wǎng)格可以大大降低整體單元的數(shù)量，使得有限元分析的時間更短。因此，六面體網(wǎng)格具有其他網(wǎng)格無法比擬的優(yōu)勢，在三維計算中得到了廣泛的應(yīng)用。例如在流體力學(xué)中，當單元的方向與流動的方向一致時，六面體單元能夠更好地捕捉問題的特性?，F(xiàn)階段六面體網(wǎng)格的自動生成始終未能獲得真正意義上的解決，構(gòu)建三維復(fù)雜形體要使用全六面體網(wǎng)格是很困難的，需要手動進行。因此，有限元網(wǎng)格劃分工作量大而冗繁，目前已經(jīng)成為有限元求解計算的主要“瓶頸”。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)雜模型完全六面體建模及幾何體重塑加密方法，旨在快速建立完全六面體網(wǎng)格，并能任意控制局部加密密度。
[0005]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種復(fù)雜模型完全六面體建模及幾何體重塑加密方法包括根據(jù)模型計算需要建立初步的幾何模型，對建立的幾何模型按照六面體單元進行劃分；簡單劃分網(wǎng)格后將過渡單元(五面體單元)分解為六面體單元；利用自編的“網(wǎng)格轉(zhuǎn)化幾何體”程序，將所有六面體單元重新按照結(jié)點對應(yīng)幾何體頂點方式建立全新的幾何體并進行局部加密。具體步驟如下:
[0006]步驟一、根據(jù)模型計算需要建立初步的幾何模型，對建立的幾何模型按照六面體單元進行劃分。
[0007]如果劃分過程中只能劃分為四面體單元，必須刪掉該區(qū)域的幾何體。按照三角區(qū)域分解技巧和各自建立種子法重新建立新的幾何體并簡單劃分網(wǎng)格。能夠形成包含五面體和六面體的基本原則是，幾何體要至少保證是五面體和六面體幾何體，形狀可以不規(guī)則。[0008]步驟二、簡單劃分網(wǎng)格后將五面體分解為六面體。
[0009]通過轉(zhuǎn)化模版，應(yīng)用以下步驟，將含有五面體和六面體單元的模型，完全轉(zhuǎn)化為全六面體單元模型:
[0010](I)選擇所有六面體單元，應(yīng)用相應(yīng)模版，將原有的六面體單元分解為8倍的六面體單元。
[0011](2)選擇所有的五面體單元，應(yīng)用相應(yīng)模版，將原有的五面體單元分解為2倍的五面體單元。
[0012](3)選擇新生成的所有五面體單元，應(yīng)用相應(yīng)模版，將新生成的五面體單元分解為3倍的六面體單元。
[0013]步驟三、利用自編的“網(wǎng)格轉(zhuǎn)化幾何體”程序，將所有六面體單元重新按照結(jié)點對應(yīng)幾何體頂點方式建立全新的幾何體并進行局部加密。
[0014]進一步，步驟一中所述的三角區(qū)域分解技巧，水流疏導(dǎo)法:假設(shè)幾何體邊形成水流流通通道，在模型中間部位放置水源，水能夠流通到每個邊界，說明該模型設(shè)計較合理，此時幾何體的邊之間是協(xié)調(diào)的，容易將幾何體劃分為全六面體單元。在建立幾何體模型時，被打斷的邊盡量依次推向邊界。這樣在劃分網(wǎng)格時，容易實現(xiàn)網(wǎng)格自動協(xié)調(diào)。
[0015]進一步，步驟一中所述的各自建立種子法的步驟是，在相鄰邊上強行設(shè)置包含網(wǎng)格數(shù)的分段，然后再進行網(wǎng)格劃分，因為劃分網(wǎng)格級別限制，有時候這樣做也無法實現(xiàn)自動網(wǎng)格協(xié)調(diào)，就要采取先劃分網(wǎng)格再建立種子法。選其中一個幾何體單獨劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格會按照既定的分段方式進行劃分，然后在相鄰邊(未劃分網(wǎng)格的幾何體)建立種子時，選擇已經(jīng)劃分好的相鄰邊的結(jié)點作為要劃分邊的種子，然后刪除原來的網(wǎng)格，重新自動劃分網(wǎng)格，就能夠全部網(wǎng)格自動協(xié)調(diào)。
[0016]效果匯總
[0017]本發(fā)明的一種復(fù)雜模型完全六面體建模及幾何體重塑加密方法，能夠快速建立完全六面體網(wǎng)格，并能任意控制局部加密密度，是進行大規(guī)?？茖W(xué)計算的前提條件，建立的模型在其他數(shù)值方法中同樣適合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明實施例提供的復(fù)雜模型完全六面體建模及幾何體重塑加密方法的流程圖；
[0019]圖2是本發(fā)明實施例提供的模板H5的示意圖；
[0020]圖3是本發(fā)明實施例提供的模板Wl的示意圖；
[0021]圖4是本發(fā)明實施例提供的模板W6的示意圖；
[0022]圖5是本發(fā)明實施例提供的六面體網(wǎng)格加密流程圖。
【具體實施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]圖1示出了本發(fā)明的復(fù)雜模型完全六面體建模及幾何體重塑加密方法的流程，如圖所示，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種完全六面體建模及幾何體重塑加密方法包括:
[0025]根據(jù)模型計算需要建立初步的幾何模型，對建立的幾何模型按照六面體單元進行劃分SlOl ；
[0026]簡單劃分網(wǎng)格后將過渡單元(五面體單元)分解為六面體單元S102 ；
[0027]利用自編的“網(wǎng)格轉(zhuǎn)化幾何體”程序，將所有六面體單元重新按照結(jié)點對應(yīng)幾何體頂點方式建立全新的幾何體并進行局部加密S103。
[0028]具體步驟如下:
[0029]步驟一、根據(jù)模型計算需要建立初步的幾何模型，對建立的幾何模型按照六面體單元進行劃分。
[0030]如果劃分過程中只能劃分為四面體單元，必須刪掉該區(qū)域的幾何體。按照三角區(qū)域分解技巧和各自建立種子法重新建立新的幾何體并簡單劃分網(wǎng)格。能夠形成包含五面體和六面體的基本原則是，幾何體要至少保證是五面體和六面體幾何體，形狀可以不規(guī)則。
[0031]步驟二、簡單劃分網(wǎng)格后將五面體分解為六面體。
[0032]通過轉(zhuǎn)化模版，應(yīng)用以下步驟，將含有五面體和六面體單元的模型，完全轉(zhuǎn)化為全六面體單元模型:
[0033](I)選擇所有六面體單元，應(yīng)用圖H5模版(圖2)，將原有的六面體單元分解為8倍的六面體單元。
[0034](2)選擇所有的五面體單元，應(yīng)用Wl模版(圖3)，將原有的五面體單元分解為2倍的五面體單元。
[0035](3)選擇新生成的所有五面體單元，應(yīng)用W6模版(圖4)，將新生成的五面體單元分解為3倍的六面體單元。
[0036]步驟三、利用自編的“網(wǎng)格轉(zhuǎn)化幾何體”程序，將所有六面體單元重新按照結(jié)點對應(yīng)幾何體頂點方式建立全新的幾何體并進行局部加密。
[0037]進一步，步驟一中所述的三角區(qū)域分解技巧，水流疏導(dǎo)法:假設(shè)幾何體邊形成水流流通通道，在模型中間部位放置水源，水能夠流通到每個邊界，說明該模型設(shè)計較合理，此時幾何體的邊之間是協(xié)調(diào)的，容易將幾何體劃分為全六面體單元。在建立幾何體模型時，被打斷的邊盡量依次推向邊界。這樣在劃分網(wǎng)格時，容易實現(xiàn)網(wǎng)格自動協(xié)調(diào)。
[0038]進一步，步驟一中所述的各自建立種子法的步驟是，在相鄰邊上強行設(shè)置包含網(wǎng)格數(shù)的分段，然后再進行網(wǎng)格劃分，因為劃分網(wǎng)格級別限制，有時候這樣做也無法實現(xiàn)自動網(wǎng)格協(xié)調(diào)，就要采取先劃分網(wǎng)格再建立種子法。選其中一個幾何體單獨劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格會按照既定的分段方式進行劃分，然后在相鄰邊(未劃分網(wǎng)格的幾何體)建立種子時，選擇已經(jīng)劃分好的相鄰邊的結(jié)點作為要劃分邊的種子，然后刪除原來的網(wǎng)格，重新自動劃分網(wǎng)格，就能夠全部網(wǎng)格自動協(xié)調(diào)。
[0039]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)雜模型完全六面體建模及幾何體重塑加密方法，其特征在于，該復(fù)雜模型完全六面體建模及幾何體重塑加密方法包括以下步驟: 根據(jù)模型計算需要建立初步的幾何模型，對建立的幾何模型按照六面體單元進行劃分；簡單劃分網(wǎng)格后將過渡單元或五面體單元分解為六面體單元；利用自編的網(wǎng)格轉(zhuǎn)化幾何體程序，將所有六面體單元重新按照結(jié)點對應(yīng)幾何體頂點方式建立全新的幾何體并進行局部控制加?。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜模型完全六面體建模及幾何體重塑加密方法，其特征在于，具體步驟如下: 步驟一、根據(jù)模型計算需要建立初步的幾何模型，對建立的幾何模型按照六面體單元進行劃分； 如果劃分過程中只能劃分為四面體單元，必須刪掉該區(qū)域的幾何體，按照三角區(qū)域分解技巧和各自建立種子法重新建立新的幾何體并簡單劃分網(wǎng)格；能夠形成包含五面體和六面體的基本原則是，幾何體要至少保證是五面體和六面體幾何體，形狀可以不規(guī)則； 步驟二、簡單劃分網(wǎng)格后將五面體分解為六面體； 通過轉(zhuǎn)化模版，應(yīng)用以下步驟，將含有五面體和六面體單元的模型，完全轉(zhuǎn)化為全六面體單元模型: (1)選擇所有六面體單元，應(yīng)用相應(yīng)模版，將原有的六面體單元分解為8倍的六面體單元; (2)選擇所有的五面體單元，應(yīng)用相應(yīng)模版，將原有的五面體單元分解為2倍的五面體單元； (3)選擇新生成的所有五面體單元，應(yīng)用相應(yīng)模版，將新生成的五面體單元分解為3倍的六面體單元； 步驟三、利用自編的網(wǎng)格轉(zhuǎn)化幾何體程序，將所有六面體單元重新按照結(jié)點對應(yīng)幾何體頂點方式建立全新的幾何體并進行局部加密。
3.如權(quán)利要求2所述的復(fù)雜模型完全六面體建模及幾何體重塑加密方法，其特征在于，步驟一中所述的三角區(qū)域分解技巧，水流疏導(dǎo)法:假設(shè)幾何體邊形成水流流通通道，在模型中間部位放置水源，水能夠流通到每個邊界，說明該模型設(shè)計較合理，此時幾何體的邊或面之間是協(xié)調(diào)的，容易將幾何體劃分為全六面體單元；在建立幾何體模型時，被打斷的邊盡量依次推向邊界。
4.如權(quán)利要求2所述的復(fù)雜模型完全六面體建模及幾何體重塑加密方法，其特征在于，步驟一中所述的各自建立種子法的步驟是，在相鄰邊上強行設(shè)置包含網(wǎng)格數(shù)的分段，然后再進行網(wǎng)格劃分，因為劃分網(wǎng)格級別限制，有時候這樣做也無法實現(xiàn)自動網(wǎng)格協(xié)調(diào)，就要采取先劃分網(wǎng)格再建立種子法，選其中一個幾何體單獨劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格會按照既定的分段方式進行劃分，然后在相鄰邊未劃分網(wǎng)格的幾何體建立種子時，選擇已經(jīng)劃分好的相鄰邊的結(jié)點作為要劃分邊的種子，然后刪除原來的網(wǎng)格，重新自動劃分網(wǎng)格，就能夠全部網(wǎng)格自動協(xié)調(diào)。
【文檔編號】G06F17/50GK103729506SQ201310719119
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】馬天輝, 唐春安 申請人:大連理工大學(xué)