三维计算模型的网格划分及可视化平台的开发

以计算导体模型表面电流及磁场分布为例,对三维计算模型的网格划分原理、系数的确定方法以及均匀和非均匀网格的划分方法进行探讨,开发了完整的三维模型的网格划分及可视化平台.实验采用工业生产中真实的汽车和飞机模型,结果表明该平台能够对复杂几何模型进行网格划分及三维无闪烁显示.该平台的实现对于开发更为完备的三维建模软件提供良好的基础.     

采用网格再划分技术的网格推延造型

提出了一种对自由多边形物体直观高效的三维网格推延造型方法,采用这种造型方法,用户可以在已有的三维物体上勾勒两笔二维轮廓,从而推延了新的空间网格曲面,阐述了两种网格再划分技术,网格优化和网格细分,在此基础上,详细介绍了网格推延造型的方法,该方法能广泛地应用于多边形物体的自由造型。     

网格划分对铸嘴型腔流场有限元分析的影响

采用四边形自由网格和四边形映射网格2种不同网格划分方法,分别对一种小型双辊铝铸轧机上的铸嘴型腔的内部流场进行了2维有限元建模和计算分析,并对这2种不同网格划分模型的计算结果进行比较,从对称性、收敛性和计算过程误差分析3个方面,证明映射网格方法是一种具有较高精度的网格划分方法,并从理论上对2种方法存在的结果差异进行简要分析.在流体有限元分析中,采用映射网格不仅有助于减少由于网格划分带来的计算误差,还能防止运算发散,有利于获得更精确的结果.当模型比较复杂,几何形状很不规则,无法在模型中全部采用映射网格划分时,要多使用映射网格,少用自由网格,以减少由于网格划分带来的有限元分析的误差.     

基于光线投射法的三维有限元网络自动划分

提出并实现了一种基于光线投射法的三维有限元网格自动划分方法，能适用于任意用ＣＳＧ树表示的三维实体。此方法先把三维实体离散成一定形状的体元，再由体元产生有限元四节点四面体网格。最后给出了用此方法划分的两个实例。     

一种有效的三维网格自动划分方法

在结构化网格离散方法的基础上,利用自然三次样条函数插值法给出了一种有效的三维网格自动划分方法,该方法同时完成建模和网格划分,较好地解决了对于具有多分界面三维复杂矿体的建模和网格划分问题,为有限元数值方法更好地应用于采矿工程问题提供了有力工具·     

基于光线投射法的三维有限元网格自动划分

提出并实现了一种基于光线投射法的三维有限元网格自动划分方法，能适用于任意用ＣＳＧ树表示的三维实体．此方法先把三维实体离散成一定形状的体元，再由体元产生有限元四节点四面体网格．最后给出了用此方法划分的两个实例．     

基于三角面片顶点均值的网格编辑方法

针对虚拟整形手术中待整形部位的三维模型曲面编辑问题,提出一种基于三角面片顶点均值网格编辑方法.该方法在保留网格原有拓扑结构的基础上,保持了网格曲面的原有曲率,实现了快速有效的局部网格编辑;结合网格细分方法实现在不同分辨率下对网格曲面进行整体编辑.同时,为了增强网格模型显示的真实感,通过网格简化、网格平滑、网格数据点法向量计算、纹理贴图等方法,对网格模型进行优化,提高了整形后网格显示效果.实验证明,该方法交互方式简便,变形效果较好.     

面向点云数据的复杂几何模型对象优化方法研究

针对高精度、高保真的点云数据在精简后点云数据重构网格精度降低误差增大的问题,提出了面向点云数据的复杂几何模型对象优化方法.首先通过空间八叉树法建立点云数据和网格的拓扑关系,并利用原始点云到重构网格的距离确定网格的误差,以目标精度为阈值,然后利用增点法对面片进行划分,最后根据插入点算法重新定位插入点.实验验证表明：利用该文方法对兔子和龙进行一次细分使得精简率90%兔子重构网格误差由0.81 mm提升到0.48 mm,精简率90%龙重构网格误差由0.36 mm提升到0.11 mm.     

金属三维塑性成形过程无网格伽辽金法数值模拟技术

将无网格伽辽金法(EFGM)与三维刚(粘)塑性流动理论相结合,对EFGM在金属三维塑性成形过程数值模拟中的应用技术进行了研究.分别采用边界奇异权法和修正的罚函数法处理速度边界条件和体积不可压缩条件,采用反正切摩擦模型处理摩擦边界条件,推导了金属三维塑性成形过程EFGM法数值模拟的刚度方程,给出了关键算法.对长方体金属镦粗过程进行了数值模拟,并将数值结果与三维刚塑性有限元体积成形商品软件Deform3D计算结果作了比较.发现两者吻合良好,表明了本文方法的正确性和有效性.     

粒子系统在复杂风场及湍流场中的实现

为真实地模拟气溶胶在复杂风场中的输运扩散效果,提出一种将计算流体力学计算的风场结果与粒子系统相结合的方法.以一个存在障碍物的三维区域为例,采用非结构四面体网格对其进行网格划分,运用计算流体力学方法对这一区域的风场和湍流场进行求解;在仿真平台Unity 3D中建立了与计算模型对应的环境模型,并将风场和湍流场的计算结果导入环境模型中,实现了风场在虚拟环境中的可视化.在环境模型中建立了粒子系统,并在存储于非结构网格中的风场及湍流场的作用下模拟了粒子系统的运动变换,实现了虚拟环境中复杂风场、湍流场条件下的气溶胶的扩散仿真.     

孔状结构的六面体网格生成方法

针对孔状结构间由于边界曲率变化造成的网格划分困难,提出一种基于映射法的六面体网格划分方法.该方法首先将子域特征投射到统一源面下,对孔状结构进行包络处理并将各子域进行有效连接,然后通过设定子域边界方向找出贯穿路径,计算各子域边界间隔,最后结合超限映射算法实现全六面体有限元网格的划分.实验证明:该方法稳定、可靠,生成的六面体网格质量较高,能够解决不同孔状结构的网格相容问题.     

一种三维切削网格上的N-S方程离散方法

针对一种计算流体力学的三维切削网格自动生成方法Kitta Cube,提出一种新的离散方法(6+N模型)来描述和处理Kitta Cube中的任意三维切削网格.该方法能避免对各种类型的切削网格进行穷举分析,实现采用统一模式在三维切削网格上离散和求解N-S方程.用该方法对三维同心球和偏心球之间环形通道内的自然对流换热进行模拟,数值结果表明:通过Kitta Cube能较精确地表达曲面,面积误差在1.0%以内;利用6+N模型能在该网格上实现复杂区域内的流动和传热模拟,其数值精度与贴体网格相当,误差在0.5%以内;降低偏心球环形通道内部球心位置,能增加自然对流的传热性能.     

任意区域的网格划分方法分类

按网格单元类型和划分对象对网格划分进行了分类;对几种三角网格和四边形网格划分方法进行了较为详细的描述;并分析了方法的优缺点.     

散体桩复合地基固结有限元网格划分效应分析

对单桩影响范围内的散体材料桩复合地基开展了细致的三维固结有限元分析.首先将桩及桩周土体进行不同的网格划分,得到不同计算工况.然后将各工况固结度解答和孔压解答与解析解进行对比,得到不同网格划分所引起的误差及其显著度.最后结合散体桩的固结特性及其承载机理深入探讨了上述网格效应,并得到:网格划分带来的误差随固结的发展而减小;网格划分对固结度结果的影响与孔压计算结果的影响不一致,孔压误差在深度方向和水平方向有差异;3种网格划分误差源中,桩周土体水平面内网格划分效应显著,是误差主要来源;地基深度方向的网格划分对地基总体固结度计算影响不明显,但对浅层孔压结果影响较大;桩体网格划分对固结计算影响较小,在有限元分析固结时桩体横截面可用一个单元来刻画.上述结论可用来指导有限元分析时进行合理的网格划分.     

蜂窝面迷宫密封内流动和总温升特性的研究

研究了典型燃气轮机蜂窝面迷宫密封内的流动和总温升特性,并与光滑面迷宫密封进行了比较.采用标准k-з紊流模型数值求解了三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程,计算了2种流量、不同转速时蜂窝面和光滑面迷宫密封的内流场以及间隙热系数.计算得到的蜂窝面和光滑面迷宫密封的间隙热系数与实验数据吻合良好,验证了数值方法的可靠性.研究结果表明:在相同转速、径向间隙和流量条件下,蜂窝面迷宫密封的总温升高于光滑面迷宫密封,即蜂窝面迷宫密封的间隙热系数高于光滑面迷宫密封,表明蜂窝面的阻尼作用提高了间隙热系数.对于蜂窝面和光滑面迷宫密封,其总温升和间隙热系数随转速的升高而增大,随流量的增大而减小.对于蜂窝面迷宫密封,在相同转速条件下,泄漏流量的增大使得子午面上速度增大,但密封内的泄漏流动形态基本相似,光滑面迷宫密封内的泄漏流动形态也具有类似特性.     

转笼生物反应器流场的滑移网格与动网格计算比较

转笼生物反应器是利用动态流化床的理念研制的一种新型反应器,其内部流场直接影响反应器的污水处理效果,采用计算流体力学方法(CFD)模拟其内部流场,对于优化转笼结构,提高污水处理效率有着重要作用.通过采用滑移网格与动网格两种方法对转笼内部流场进行计算比较,分析表明:滑移网格在模型处理、复杂运动边界模拟和计算结果连续性方面不及动网格模型;滑移网格在计算耗费方面优于动网格模型.     

三维接触问题中的网格自动划分和单元生成

针对三维接触问题的特点，提出了一套网格自动划分和单元生成的方法和技术，可应用于多连通域结构．给出了汽轮机转子叶根与轮缘接触的应用实例．     

迷宫齿弯曲磨损时密封泄漏特性和转子动力特性系数研究

针对迷宫密封在运行过程中因碰磨因素等导致迷宫齿弯曲磨损,进而影响其泄漏和转子动力特性的问题,开展了迷宫齿弯曲磨损时密封泄漏和转子动力特性变化的数值研究。采用基于转子多频椭圆涡动模型和动网格技术的unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes(URANS)方程求解方法,计算分析了迷宫齿未弯曲磨损时间隙为0.3mm以及3种不同弯曲程度下间隙为0.4、0.5、0.6mm时的密封泄漏量和转子动力特性系数,并计算了未弯曲磨损条件下间隙为0.4、0.5、0.6mm时密封泄漏量以进行对比。研究结果表明:迷宫齿弯曲磨损时密封泄漏量是由径向间隙与弯曲曲率共同决定的。当迷宫齿未弯曲时,密封泄漏量随径向间隙增加而线性增加;迷宫齿弯曲曲率增加会削弱密封入口的压缩效应,增加密封归一化缩流面积;当径向间隙为0.6mm时,迷宫齿弯曲使得密封泄漏量增加6.1%。随着迷宫齿弯曲磨损后径向间隙增加,密封直接刚度逐渐增加,导致转子系统的临界转速提高,对于运行转速小于临界转速的转子系统,有利于避免与转子系统发生共振。交叉刚度大小和直接阻尼随迷宫齿弯曲磨损后径向间隙增加而逐渐降低,引起密封有效阻尼逐渐降低,不利于转子系统的稳定性。     

迷宫密封内部结构尺寸对密封特性的影响

迷宫密封是一种通过曲折通道增大流动阻力来实现封严的非接触密封,通常用于密封气体,广泛应用于航空、能源、流体等领域的动力机械中。基于workbench ansys分别对迷宫密封内部流场进行建模、网格划分,然后利用Fluent软件分别改变间隙宽度、空腔深度等内部结构尺寸进行数值计算,以得出结构尺寸对迷宫密封特性和密封效果的影响。结果表明:泄漏量随着间隙宽度的增加而增加;泄漏量随着空腔深度的增加而增加。     

基于图像的三维裂隙岩体特征提取、简化及网格生成方法

为用最少的网格对高分辨率数字图像的三维裂隙特征进行简化表征,提出了一种基于图像的三维裂隙岩体特征提取、简化及其网格生成方法。首先采用中心面点提取算法将裂隙转换为一系列面,并对其进行网格生成、面片交叉标识及网格优化,以生成的裂隙面网格为约束生成四面体网格模型。然后采用体素和形状相似度两个参数对生成的面网格的代表性进行评估,通过最小二面角、半径比、边长比及体积比等网格质量度量参数对生成的四面体网格质量进行了评价。最后,以一个三维二值化岩石裂隙图像数据为例,对所提方法的有效性及可行性进行了验证。结果表明,该方法在保留裂隙主要几何特征的前提下较好地生成裂隙曲面网格。