三角网格模型的细分曲面拟合

提出一种用Loop细分曲面拟合三角网格模型的新算法.首先对网格模型进行特征识别,然后把经过简化和形状优化的网格作为拟合细分曲面初始控制网格.通过对控制网格顶点的循环修正、网格形状优化、局部自适应细分来求解拟合细分曲面控制顶点.该算法不仅避免了求解线性方程组,克服了拟合控制网格的扭曲现象,而且达到了用较少的控制网格拟合出反映物体细节特征并满足精度要求的分片光滑(片内除奇异点C1外其余C2连续)的Loop细分曲面的目的.实例表明,该算法用于测量数据的曲面重构是有效可行的.     

混合细分曲面尖锐和半尖锐特征生成

在实际细分曲面造型中，模型初始控制网格经常需要同时用含有三角形和四边形的混合网格来表示。本文主要研究基于三角形和四边形的混合细分曲面的尖锐、半尖锐特征的生成方法。提出一种基于局部修改混合细分规则，把混合细分曲面的尖锐、半尖锐特征生成方式统一起来的自适应细分方法。为了使得多条折痕在相交点是C^1连续，在靠近折痕交点附近运用四点插值细分方法。根据特征处的尖锐程度通过自适应混合细分来实现半尖锐特征效果。实例表明，本算法生成的混合细分曲面尖锐、半尖锐特征效果非常好。     

基于平方距离极小化方法用C-C细分曲面拟合三角网格

基于平方距离极小化方法(SDM),给出了用C-C细分曲面重构有特征的、任意拓扑三角网格模型的算法.首先识别特征并结合人工交互的方式在初始网格上进行四边域划分,然后直接在域面上对数据点进行近似参数化和分区,以域顶点为顶点构造初始控制网格.建立局部坐标系并优化每个数据点的参数值,基于SDM建立拟合方程.循环进行控制顶点的反求和待拟合数据点的参数校正,直至达到给定的误差要求.与传统的最小二乘法拟合(LSQ)相比,本文方法的逼近精度(二阶逼近)要高得多.     

基于顶点分类的曲面三角网格模型自适应光顺研究

逆向工程中由测量数据得到的三角网格模型往往含有大量的噪声、扰动及不规则三角片，需对其进行光顺处理，以满足后续处理的使用要求。本文首先提出了一种新的网格模型顶点法矢计算公式，该公式采用网格模型中三角片面积与顶角角度综合加权，可同时反映三角片面积与顶角角度对顶点法矢的影响。在此基础上，对网格模型顶点进行了分类处理，提出了能够反映网格顶点特征性质的顶点势概念。势为1的点为特征点，势为0的点为普通点。最后，提出了一种新的自适应曲面三角网格模型光顺方法，综合了普通拉普拉斯光顺法与平均曲率法的优点。在该方法中，顶点调整方向为拉普拉斯光顺矢量在被调整顶点切平面上的分量与该点法矢的加权合成；顶点调整幅度根据顶点类别的不同而不同，特征点的调整幅度小，普通点的调整幅度大，从而可保护原有特征。实例表明，与现有方法相比，该方法在有效去除噪声，匀化三角片的同时，充分保留了初始网格模型上的特征。     

三角网格模型重建中的误差分析与显示

根据实物模型的坐标测量，数据重建模拟的三角网格曲面表示在实践中有着广泛的应用。在许多对精度有较高要求的应用中，对重建网格模型的误差分析是必不可少的。本文提出并实现了一种对重建三角网格模型进行误差分析的方法，该方法首先对网格模型空间进行划分以提高算法的效率，通过计算测量点与网格模型间的最短距离，得到网格模型的误差分布，最后将计算得到的三角网格模型中每个顶点的误差度量转换为相应的颜色表示，并用彩色云图对分析结果进行直观的显示。     

基于有限元网格变形的飞机外形曲面修改

根据变形后的有限元模型修改原始的飞机外形,从而自动得到变形以后的产品模型.考虑到有限元网格与原始曲面之间的误差及细小特征上的差别,本文采用两种方法来重新生成产品的曲面:(1)通过有限元网格节点的变形直接修改原始曲面,(2)考虑原始曲面与初始有限元模型的误差直接对变形后的有限元网格进行曲面的重构.实例表明重构以后的模型具有良好的外形,能有效地恢复有限元网格中忽略掉的特征,同时曲面之间的拓扑结构能够与原始模型保持一致.     

基于扫掠法的六面体网格生成算法及实现

提出了一种基于扫掠法的六面体网格生成算法,该算法通过源和目标曲面参数域间的近似最小二乘仿射映射将源曲面的网格投影到目标曲面,并利用背景网格插值的方法计算内结点,从而将2.5维实体生成六面体网格。该算法避免了空间网格投影过程中耗时的“寻根”过程,并且不需要导致效率降低的网格优化,能够处理各种2.5维实体,生成的网格质量较好。     

刚架模型驱动网格曲面保特征变形

将刚架结构受力变形原理应用于网格曲面的变形设计中,提出一种新的曲面造型方法。通过建立与网格拓扑关系一致的刚架模型,运用刚架模型驱动网格曲面变形:即对刚架节点施加载荷或添加几何约束反算出刚架节点载荷,在载荷作用下刚架变形驱动网格曲面变形。针对几何约束变形问题,建立以节点位移为变量,由载荷最小和节点位移最小组成的目标函数,组合使用两种不同的最小化模型,实现不同的变形需求。在变形过程中,采用增大网格曲面特征区域所关联单元体弹性模量的方法,达到整体变形中局部形状特征的保持,避免了传统方法中繁琐的特征信息记录公式。实验结果表明,该变形方法直观方便,可以产生理想的变形效果。     

基于预处理和网格自适应的风力机翼型气动力计算

用预处理后的Navier-Stokes方程数值模拟低马赫数下风力机翼型的静态和动态绕流流动。为了提高计算的精度,运用了网格自适应技术:初始网格的流场计算收敛后,采用流场速度的紊乱度捕捉湍流区域;采用直接分裂初始父单元的H型网格加密方法对湍流区域进行局部加密。基于初始网格与自适应网格的计算结果与实验结果的对比表明,网格自适应方法提高了计算的精度。     

基于混合网格的直升机旋翼/机身非定常干扰流场数值模拟方法

基于混合网格建立了一个适合于直升机旋翼/机身非定常干扰流场的数值模拟方法。其中,采用混合网格系统生成旋翼/机身干扰流场网格以降低网格生成难度;将二阶MUSCL格式和Roe格式相结合进行空间离散以提高流场的计算精度;同时引入隐式LU-SGS时间格式和OpenMP并行模式以提高干扰流场的计算效率。应用建立的计算方法,对Georgia和Robin旋翼/机身模型进行了数值模拟和分析,与试验结果良好的相关性表明了该方法的有效性。     

临近空间平台下地形四叉树优化分割算法

提出一种利用四叉树算法生成临近空间平台下动态地形的新方法,并提出了一种新的四叉树递归分割算法的实时优化算法,利用可见性剔除的简化策略和数据简化的存储方式,解决地形绘制的裂缝问题。通过对该算法的实现和优化,在保证一定地形环境的视觉真实程度前提下,达到提高实时渲染速度的目的。实验结果表明:采用本文提出的四叉树算法可以快速对地形数据进行网格剖分,且可得到较好的剖分效果。     

基于流体速度势的非线性晃动问题的ALE有限元分析

基于流体速度势，本导出了非线性晃动问题的ALE有限元格式。通过引入ALE运动学描述，使网格的运动独立于流体的运动，通过采用与贮箱固连的非惯性参考系建立控制方程，使网格只须相对贮箱更新，因此运动边界和自由液面的跟踪算法不仅非常简单，而且不会引起网格畸变．本分别采用有限元法和有限差分法进行空间和时间离散，中的算例分别模拟了贮箱受横向激励和俯仰激励时流体的非线性晃动问题，所得结果证实了本方法的有效性与可靠性。中的方法还可进一步推广用于流体—结构耦合问题．     

二维网格局部动态细化的关键技术及其在切削仿真中的应用

为了解决仿真过程中网格畸变导致的计算终止以及计算精度与效率低等问题,本文利用Python对ABAQUS有限元仿真软件进行了二次开发,提出一种二维局部网格动态细化算法。该算法通过研究网格细化准则和细化方法以及物理场的传递过程,完成了整个算法程序的开发,并应用该算法实现了在二维切削仿真中局部网格动态细化。与全局加密网格的模型相比,在保证仿真精度误差为5%以内的情况下,采用局部网格动态细化时计算效率提高了210%。最后,通过试验验证了采用该算法所建立的二维切削仿真模型的准确性,仿真结果与试验结果基本吻合。     

非结构网格生成技术

描述了非结构网格生成的过程,网格的生成方法基于Delaunay 三角形方法,并对物面附近网格进行拉伸以便获得在边界层内高拉伸比的三角形单元。网格的生成过程分两部分:(1) 按Delaunay 三角形方法生成适于无粘情况下的非结构网格。(2) 对近物面的部分三角形单元进行拉伸,使生成的网格能适用于粘流。使用上述方法本文构造了二维弯管内绕叶栅区域的非结构网格     

Lattice Boltzmann Flux Solver： An Efficient Approach for Numerical Simulation of Fluid Flows

A lattice Boltzmann flux solver （LBFS） is presented for simulation of fluid flows. Like the conventional computational fluid dynamics （CFD） solvers, the new solver also applies the finite volume method to discretize the governing differential equations, but the numerical flux at the cell interface is not evaluated by the smooth function approximation or Riemann solvers. Instead, it is evaluated from local solution of lattice Boltzmann equation （LBE） at cell interface. Two versions of LBFS are presented in this paper. One is to locally apply one-dimensional compressible lattice Boltzmann （LB） model along the normal direction to the cell interface for simulation of compressible inviscid flows with shock waves. The other is to locally apply multi-dimensional LB model at cell interface for simulation of incompressible viscous and inviscid flows. The present solver removes the drawbacks of conventional lattice Boltzmann method （LBM） such as limitation to uniform mesh, tie-up of mesh spacing and time interval, limitation to viscous flows. Numerical examples show that the present solver can be well applied to simulate fluid flows with non-uniform mesh and curved boundary.