本發(fā)明屬于電磁場(chǎng)數(shù)值求解技術(shù)領(lǐng)域，一種針對(duì)非曲線邊界二維模型的網(wǎng)格劃分及信息獲取方法。

背景技術(shù)：

在電磁場(chǎng)領(lǐng)域，數(shù)值方法已經(jīng)是其求解計(jì)算最重要的方式之一，而且在大量電磁場(chǎng)工程應(yīng)用中如天線設(shè)計(jì)，濾波器分析和目標(biāo)散射特性研究，由于工程目標(biāo)的復(fù)雜性，這些應(yīng)用中經(jīng)常得不到解析解，此時(shí)就必須應(yīng)用高頻近似方法和數(shù)值方法進(jìn)行求解分析，這些數(shù)值方法包括有限元法，有限差分法，有限體積法。

而網(wǎng)格信息生成是有限元法，有限差分法，有限體積法等數(shù)值方法求解的先決條件。目前針對(duì)二維網(wǎng)格信息的生成，主要采用兩種方式：1對(duì)于規(guī)則形狀的模型，采用手動(dòng)劃分生成，然后通過(guò)計(jì)算生成網(wǎng)格信息，而手工構(gòu)造一個(gè)有效的網(wǎng)格是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)，繁瑣，甚至及其困難的工作。對(duì)于一些非曲線邊界的二維模型甚至不可能完成；2運(yùn)用諸如ansys,hypermesh等軟件，而這些軟件一般基于區(qū)域遞歸分解的網(wǎng)格算法，將整個(gè)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分后，一個(gè)一個(gè)網(wǎng)格遞歸生成整個(gè)模型的網(wǎng)格信息，而這些必須基于計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力，非常復(fù)雜，由于遞歸求解非常占用cpu，損耗內(nèi)存，況且這些商用軟件并不對(duì)外提供網(wǎng)格信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)在獲取非曲線邊界二維模型網(wǎng)格劃分及信息獲取存在的不足，提出的一種新的二維模型劃分及網(wǎng)格信息獲取方法，為以后的數(shù)值求解方法奠定基礎(chǔ)，解決電磁場(chǎng)領(lǐng)域中的相關(guān)問題。該方法基于java設(shè)計(jì)模式中的組合模式和外觀模式，將原始模型劃分成若干個(gè)基本模型，并和模型數(shù)據(jù)庫(kù)中的模型匹配，采用該方法將求解問題中的模型進(jìn)行劃分，利用xml文件進(jìn)行原始模型配置，最后通過(guò)坐標(biāo)變換公式,從而獲取整個(gè)模型的單元網(wǎng)格參數(shù)。其技術(shù)方案為：

獲取非曲線邊界二維模型的網(wǎng)格單元信息，主要包括以下步驟：

a.建立一個(gè)模型數(shù)據(jù)庫(kù)，初始包括三角形、矩形、梯形等。

b.將待劃分的模型劃分為若干個(gè)基本模型，并和模型數(shù)據(jù)庫(kù)中的模型進(jìn)行匹配；若匹配成功，則進(jìn)入步驟c；若匹配失敗，則再次進(jìn)行劃分直到匹配成功。

c.將匹配成功的模型的頂點(diǎn)坐標(biāo)信息以及預(yù)設(shè)的單元數(shù)配置在模型格式數(shù)據(jù)文件中，比如自定義的xml文件。

d.解析步驟c中的模型格式數(shù)據(jù)文件并讀取相應(yīng)的信息，計(jì)算生成需要的網(wǎng)格單元數(shù)據(jù)，包括坐標(biāo)信息，單元編號(hào)信息，以及總的網(wǎng)格信息；

e.對(duì)步驟d所得到的網(wǎng)格信息進(jìn)行分析計(jì)算，輸出得到相應(yīng)的電場(chǎng)信息和s參數(shù)等。

f.將計(jì)算得到的網(wǎng)格單元數(shù)據(jù)的待劃分模型加入模型數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)一步擴(kuò)充模型數(shù)據(jù)庫(kù)。

本發(fā)明的有益效果：

利用本發(fā)明可以快速精確的獲取非曲線邊界二維模型的網(wǎng)格信息，且相比于手工劃分，除了在效率上得到很大的提升，還能完成一些手工劃分不能解決的模型；相比于商用軟件，本發(fā)明采用的是分治思想的一種變形，只需和模型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行匹配，后續(xù)的網(wǎng)格信息就可直接獲取，大大降低了其時(shí)間復(fù)雜度，減少了對(duì)cpu和內(nèi)存的占用。除此之外，同一模型本發(fā)明只需一次配置，后續(xù)可將該模型加入自建數(shù)據(jù)庫(kù)，以后更復(fù)雜的模型將可以用自建數(shù)據(jù)庫(kù)的模型來(lái)進(jìn)行匹配，從而可以進(jìn)一步提高對(duì)其他模型的求解效率。

附圖說(shuō)明

圖1是電磁場(chǎng)問題中一種復(fù)雜的二維結(jié)構(gòu)模型。

圖2是模型區(qū)域編號(hào)圖。

圖3是基本模型圖。

圖4是復(fù)合基本模型圖。

圖5復(fù)合基本模型流程圖。

圖6是坐標(biāo)平移和旋轉(zhuǎn)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。

獲取計(jì)算電磁學(xué)中復(fù)雜二維模型的網(wǎng)格模型，包括以下步驟：

a.建立一個(gè)模型數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)包括直角三角形，矩形，梯形，如圖3和圖4。

二維情況我們一般用三角形單元進(jìn)行剖分，這里之所以將矩形，梯形加入，因?yàn)樗鼈兛梢杂扇切谓M合而成，如圖5流程圖所示。

b.將待劃分的模型(如圖1所示)劃分為若干基本模型，并和模型數(shù)據(jù)庫(kù)中的模型進(jìn)行匹配；若匹配成功，則進(jìn)入步驟c；若匹配失敗，則再次進(jìn)行劃分直到匹配成功。

本實(shí)施例最終劃分為6個(gè)基本模型，如圖2所示。

c.將劃分好的模型的頂點(diǎn)坐標(biāo)信息以及預(yù)設(shè)的單元數(shù)配置在本實(shí)施例定義的xml文件格式中，以下是本實(shí)施例圖2中的1定義的xml文件格式，其它均可這樣定義。

d.調(diào)用函數(shù)解析xml文件生成單元網(wǎng)格信息,計(jì)算生成需要的網(wǎng)格單元數(shù)據(jù)，包括坐標(biāo)信息，單元編號(hào)信息，以及總的網(wǎng)格信息。

該函數(shù)包括兩部分:1解析xml文件，本實(shí)施例采用的是依賴dom4j這個(gè)jar包進(jìn)行解析，這只是其中的一種比較簡(jiǎn)便的解析方式，也可以采用其他的解析方式，這里不再說(shuō)明；2解析生成單元網(wǎng)格信息，本實(shí)施例采用的是循環(huán)控制，作為一種公知的算法，不再詳細(xì)闡述，這樣即可得到基本模型的網(wǎng)格單元數(shù)據(jù)，包括坐標(biāo)信息，單元編號(hào)信息。

這里我們將對(duì)該函數(shù)怎樣獲得網(wǎng)格單元數(shù)據(jù)，坐標(biāo)信息，單元編號(hào)信息做進(jìn)一步的補(bǔ)充，上一步我們得到了基本模型頂點(diǎn)的坐標(biāo)，這樣我們可以用解析三角形的方式(距離坐標(biāo)公式，余弦定理等)可以得到這個(gè)三角形各條邊的長(zhǎng)度以及各個(gè)角的大小，另一方面，我們已經(jīng)知道了預(yù)設(shè)的劃分單元數(shù)，這樣便可以得到這個(gè)模型的每個(gè)網(wǎng)格單元數(shù)據(jù)，坐標(biāo)信息和單元標(biāo)號(hào)信息，對(duì)于模型剛好和坐標(biāo)軸重合的情況這是很好用循環(huán)控制得到的，但是模型一般都不是和坐標(biāo)軸重合的，這時(shí)，我們就需要一定的坐標(biāo)平移和旋轉(zhuǎn)變換讓它與坐標(biāo)軸重合，下面就是本實(shí)施例對(duì)于坐標(biāo)平移和旋轉(zhuǎn)變換的一個(gè)應(yīng)用：

如圖6所示，坐標(biāo)系x'o'y'的原點(diǎn)在坐標(biāo)系xoy中的坐標(biāo)為a,b,x軸與x'軸之夾角為θ?？梢哉J(rèn)為坐標(biāo)系x'o'y'原是與坐標(biāo)系xoy重合，后因?yàn)閛'分別平移了a、b之距離，并且坐標(biāo)系二坐標(biāo)軸o'x'與o'y'又相對(duì)ox與oy逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)了θ角而得到的。

在二坐標(biāo)系之間引入一個(gè)輔助坐標(biāo)系x"o'y"，使它的二坐標(biāo)軸o'x″與o'y″分別與ox、oy平行。

在x"o'y"系中有一點(diǎn)p，其坐標(biāo)為(x″，y″)，則由坐標(biāo)系平移公式與坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)公式可得：

x＝x″+a

y＝y(tǒng)″+b

故有

x″＝x'cosθ+y'sinθ

y″＝y(tǒng)'cosθ-x'sinθ

即

x＝x'cosθ+y'sinθ+a

y″＝y(tǒng)'cosθ-x'sinθ+b

這樣我們便可以得到基本模型的網(wǎng)格單元數(shù)據(jù)，包括坐標(biāo)信息，單元編號(hào)信息。

e.同理我們重復(fù)步驟a-d就可以得到圖2中其他子模型(2,3,4,5,6)的網(wǎng)格單元數(shù)據(jù)，包括坐標(biāo)信息，單元編號(hào)信息，然后就可以通過(guò)這個(gè)基本模型的單元網(wǎng)格信息組合成本實(shí)施例模型的總的網(wǎng)格信息。

這一部分也是本發(fā)明的一種關(guān)鍵思想的體現(xiàn)，類似于算法里的分治，將整個(gè)問題先劃分成子問題，然后再由子問題組合起來(lái)解決整個(gè)問題。由于采用的是由用戶輸入單元信息即預(yù)設(shè)，這樣就能保證每個(gè)基本模型的單元是一樣的，讀取上面的文件，就可以知道每個(gè)模型一共有多少個(gè)單元，再編歷下一個(gè)單元的時(shí)候只需累加上一個(gè)文件的單元數(shù)，這樣就能形成全局的，整個(gè)模型的單元編號(hào)，而坐標(biāo)直接讀取文件即可，這樣就生成了整個(gè)模型所需要的網(wǎng)格單元信息；

f.對(duì)步驟d所得到的網(wǎng)格信息進(jìn)行分析計(jì)算，輸出相應(yīng)的電場(chǎng)信息和s參數(shù)等。

g.將已知網(wǎng)格單元數(shù)據(jù)的待劃分模型加入模型數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)一步擴(kuò)充模型數(shù)據(jù)庫(kù)。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡(jiǎn)單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。