基于CASTSoft软件STL文件预处理及网格转换技术研究

摘要

铸造充型、凝固过程数值模拟技术是改变铸造行业落后面貌的有力手段，采用此项技术可降低废品率，加快产品生产和设计周期，从而提高经济效益。 作者基于中北大学铸造工程研究中心开发的CASTSoft商品化软件包，针对软件前处理中有限差分网格剖分时STL文件存在的缺陷进行研究分析，有诸如缝隙、重叠、退化面、拓扑结构错误等缺陷。本文针对它们的共性设计了相应的修补算法，并提出了一种基于坐标区域分块的点、边、面表的快速建立方法，可大大提高STL模型诊断和修复的效率。 CASTSoft软件对STL格式的有限差分网格剖分十分成功，复杂铸件的有限差分模型的获得不存在困难。有限差分法在热分析中广泛应用，具有简单方便、易处理等特点，而且能够进行流场分析，缺点是很难进行热应力分析。而铸件热应力分析绝大部分采用有限元法，因此，将有限差分网格转换为有限元网格就可以更好地进行热应力分析。本文在CASTSoft的基础上设计开发程序，建立数学模型，实现了有限差分网格向有限元网格的转换。 为提高有限元的计算效率，减少计算数据所需在存储量，本文提出的有限元网格节点编号优化算法是一种归纳、演绎方法。通过对在网格半带宽最小时的节点排列的一些特征进行分析，从其中归纳出三条规律，通过大量的算例来验证该规律的正确性和可靠性。结果表明，对于任意划分的有限元网格，利用该方法对节点重新编号，可得到较小的半带宽值，节省了计算机的内存空间，提高了计算效率。

目录

文摘

英文文摘

声明

1引言

1.1课题意义

1.2国内外研究工作现状

1.2.1铸造模拟软件的发展

1.2.2数值计算方法的选择

1.2.3 STL文件缺陷修复研究

1.2.4有限差分向有限元网格转换研究

1.3本文对CASTSoft软件的改进

2 STL文件缺陷分析及修复算法研究

2.1 STL文件简介

2.2 STL模型的正确性条件

2.3 STL模型的常见缺陷类型及表现形式

2.4 STL文件加载过程

2.5 STL文件拓扑信息的建立

2.5.1点归并

2.5.2边归并

2.5.3 STL模型的拓扑结构的实现

2.6 STL模型缺陷的诊断和修复

2.6.1法线反向错误

2.6.2重叠面错误

2.6.3同一顶点分离

2.6.4多边共线

2.6.5重叠缺陷的修补

2.6.6边界缺陷的识别、区分和修补算法

2.7小结

3基于CASTSoft的STL文件诊断与修补软件开发

3.1 Visual C++6.0概述

3.1.1 Visual C++6.0简介

3.1.2 Visual C++的特点及优点

3.2 OpenGL简介

3.2.1 OpenGL主要功能

3.2.2 OpenGL的特点

3.2.3 OpenGL程序框架

3.2.4 OpenGL的图形操作

3.3基于OpenGL的STL文件显示

3.3.1 OpenGL程序设计

3.3.2工具的功能和实现

3.4点、边、面表的快速建立

3.4.1点表的建立

3.4.2边、面表的建立

3.5软件自动修复流程图和应用实例

3.6小结

4有限差分网格向有限元网格转换程度开发与应用

4.1有限差分网格剖分原理

4.2有限元网格剖分原理

4.2.1有限元网格剖分的基本方法

4.2.2有限元网格剖分基本原则

4.3有限差分向有限元网格转换程序开发

4.3.1转换原理

4.3.2数学模型的建立

4.3.3程序流程图

4.4各种有限元网格节点编号方法比较

4.4.1节点编号问题的数学模型

4.4.2 CM法

4.4.3前沿法

4.4.4矩形法

4.5有限元网格节点编号优化算法

4.6节点编号优化应用实例

4.7小结

5有限差分网格向有限元网格转换程序实例

5.1选取简单铸件验算

5.2选取复杂铸件验算

5.3小结

6结论

6.1基于CASTSoft软件的STL文件缺陷修复

6.2基于CASTSoft软件有限差分网格向有限元网格转换

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果