基于虚拟几何的网格自动生成技术

摘要

随着CAE技术在工程分析中的广泛应用，有限元网格生成技术作为CAE软件的核心技术之一，得到了越来越广泛的重视。由于不同软件系统之间的差异，CAD系统导出的几何模型常常不能直接应用在网格自动生成过程中，常见的问题有几何结构不完整或不相容、存在冗余复杂的几何细节、几何模型需要分解等。因此，在网格划分前对几何模型进行适当的编辑，使几何模型能够满足工程分析的要求，是网格自动生成算法研究的重要方面。
　　 本文对网格自动生成技术进行了细致的研究，内容主要包括：
　　 1.深入讨论了网格自动生成的算法，结合六面体网格单元的优点，着重对六面体网格生成的经典算法进行分析与比较，总结了各种方法的优缺点及其应用范围。
　　 2.针对几何模型编辑中存在的问题，提出了一种基于虚拟几何的网格生成方法。通过在模型拓扑结构中创建一系列虚拟的实体连接关系，把几何模型的修正、简化及分解仅仅局限于虚拟的拓扑层中，而不会改变模型的原始几何描述。给出了虚拟实体的定义与虚拟操作的分类，细述了它们的应用原则，并对虚拟编辑操作在网格自动生成中的应用进行了例证。
　　 3.以OpenCasCade几何造型系统为平台，重点阐述了模型对象虚拟拓扑的构建、修改与移除技术，提出了一种新型的单向无环图表(DAG)来表示拓扑实体之间的关系。对基于虚拟几何的编程接口进行了设计，包括接口框架设计和各个具体类功能的设计，并给出了相关类的继承关系图表。
　　 在虚拟几何的理论支持与编程接口实现的基础上，成功地将虚拟拓扑技术运用到网格自动生成算法中，较好地解决了实体几何网格划分的诸多问题。网格生成应用实例表明，基于虚拟几何的网格自动生成技术操作简便、系统兼容性好、易于编程实现。

目录

文摘

英文文摘

图目录

表目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 CAE技术简介

1.2.1 CAE的发展历程

1.2.2 CAE软件在工程中的应用

1.2.3 CAE技术的发展方向

1.3 有限元网格生成技术

1.3.1 有限元网格发展史

1.3.2 有限元网格技术趋势

1.4 选题依据及章节安排

1.4.1 选题依据

1.4.2 章节安排

第二章 六面体网格生成一般算法

2.1 网格单元简述

2.2 六面体网格的优点及生成算法分类

2.3 六面体网格生成一般算法介绍

2.3.1 映射法

2.3.2 子映射法

2.3.3 扫掠法

2.3.4 四面体单元分解法

2.3.5 中轴面法

2.3.6 基于栅格法

2.3.7 堆砌法

2.3.8 弦须编织法

2.4 六面体网格生成技术发展趋势

2.5 本章小结

第三章 虚拟几何技术

3.1 引言

3.2 虚拟儿何机制

3.2.1 实际与虚拟的区别

3.2.2 模型表层与模型底层

3.3 虚拟实体定义

3.3.1 超集(Superset)

3.3.2 子集(Subset)

3.3.3 插值体(Interpolant)

3.3.4 寄生体(Parasite)

3.3.5 独立体(Orphan)

3.4 虚拟操作类型

3.4.1 融合(Merge)

3.4.2 分割(Split)

3.4.3 连接(Connect)

3.4.4 构造(Construct)

3.4.5 皱缩(Collapse)

3.4.6 T-连接(T-connect)

3.5 虚拟操作的应用

3.5.1 几何结构的修正

3.5.2 几何结构的简化

3.5.3 几何结构的分解

3.6 本章小结

第四章 虚拟几何编程接口的设计与实现

4.1 实体模型的表示方法

4.1.1 几何与拓扑

4.1.2 二边流形体与非二边流形体

4.1.3 边界表示法

4.2 OPEN CASCADE几何造型平台

4.2.1 Open CasCade

4.2.2 OCC的基本功能

4.2.3 OCC的拓扑元素

4.2.4 OCC的编程接口

4.3 虚拟拓扑

4.3.1 虚拟拓扑的构建

4.3.2 虚拟拓扑的修改

4.3.3 虚拟拓扑的移除

4.4 虚拟几何接口的设计

4.4.1 VGI的设计要求

4.4.2 VGI的体系架构

4.4.3 类的功能设计

4.5 虚拟几何接口的实现与应用

4.5.1 接口实现代码示例

4.5.2 网格生成应用实例

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

参考文献

致谢

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