一种复杂模型完全六面体建模及几何体重塑加密方法

摘要

本发明公开了一种复杂模型完全六面体建模及几何体重塑加密方法，该复杂模型完全六面体建模及几何体重塑加密方法包括以下步骤：根据模型计算需要建立初步的几何模型，对建立的几何模型按照六面体单元进行划分；简单划分网格后将过渡单元（五面体单元）分解为六面体单元；利用自编的网格转化几何体程序，将所有六面体单元重新按照结点对应几何体顶点方式建立全新的几何体并进行局部控制加密。本发明的一种完全六面体建模及几何体重塑加密方法，能够快速建立完全六面体网格，并能任意控制局部加密密度，是进行大规模科学计算的前提条件，建立的模型在其他数值方法中同样适合。

说明书

技术领域

本发明属于有限元建模领域，尤其涉及一种复杂模型完全六面体 建模及几何体重塑加密方法。

背景技术

在岩土工程有限元计算分析中，建立一个能反映实际地质、地形 条件和岩体结构的计算模型是计算结果可靠性的关键。而在实际建模 过程中，往往人为地进行一些简化处理。有时所建立的模型只是所研 究问题的一小部分，不能够反映研究目标的整体情况，甚至出现计算 模型与地质实际严重不符的情况，从而在很大程度上降低了计算结果 的可靠性。因此，为了消除这些非计算导致的误差的因素，一定要建 立足够大尺寸模型，把所要研究目标涵盖其中。

单元类型的选择关系到计算效率和计算精度。从几何上来说，任 意区域都可以用三角形单元(平面或表面问题)或四面体单元(三维实 体问题)来充填逼近，而且几何相似性好。二维三角形单元和三维四 面体单元的分析结果精度不是最理想的，而且显示效果也不好。相对 说来，六面体单元变形特性好、计算精度高，被人们称作“神圣网格”， 六面体单元还可以提供形函数附加的项，来提高解的精度。使用六面 体网格相比四面体网格可以大大降低整体单元的数量，使得有限元分 析的时间更短。因此，六面体网格具有其他网格无法比拟的优势，在 三维计算中得到了广泛的应用。例如在流体力学中，当单元的方向与 流动的方向一致时，六面体单元能够更好地捕捉问题的特性。现阶段 六面体网格的自动生成始终未能获得真正意义上的解决，构建三维复 杂形体要使用全六面体网格是很困难的，需要手动进行。因此，有限 元网格划分工作量大而冗繁，目前已经成为有限元求解计算的主要 “瓶颈”。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复杂模型完全六面体建模及几何体 重塑加密方法，旨在快速建立完全六面体网格，并能任意控制局部加 密密度。

本发明是这样实现的，一种复杂模型完全六面体建模及几何体重 塑加密方法包括根据模型计算需要建立初步的几何模型，对建立的几 何模型按照六面体单元进行划分；简单划分网格后将过渡单元（五面 体单元）分解为六面体单元；利用自编的“网格转化几何体”程序，将 所有六面体单元重新按照结点对应几何体顶点方式建立全新的几何 体并进行局部加密。具体步骤如下：

步骤一、根据模型计算需要建立初步的几何模型，对建立的几何 模型按照六面体单元进行划分。

如果划分过程中只能划分为四面体单元，必须删掉该区域的几何 体。按照三角区域分解技巧和各自建立种子法重新建立新的几何体并 简单划分网格。能够形成包含五面体和六面体的基本原则是，几何体 要至少保证是五面体和六面体几何体，形状可以不规则。

步骤二、简单划分网格后将五面体分解为六面体。

通过转化模版，应用以下步骤，将含有五面体和六面体单元的模 型，完全转化为全六面体单元模型：

（1）选择所有六面体单元，应用相应模版，将原有的六面体单 元分解为8倍的六面体单元。

（2）选择所有的五面体单元，应用相应模版，将原有的五面体 单元分解为2倍的五面体单元。

（3）选择新生成的所有五面体单元，应用相应模版，将新生成 的五面体单元分解为3倍的六面体单元。

步骤三、利用自编的“网格转化几何体”程序，将所有六面体单元 重新按照结点对应几何体顶点方式建立全新的几何体并进行局部加 密。

进一步，步骤一中所述的三角区域分解技巧，水流疏导法：假设 几何体边形成水流流通通道，在模型中间部位放置水源，水能够流通 到每个边界，说明该模型设计较合理，此时几何体的边之间是协调的， 容易将几何体划分为全六面体单元。在建立几何体模型时，被打断的 边尽量依次推向边界。这样在划分网格时，容易实现网格自动协调。

进一步，步骤一中所述的各自建立种子法的步骤是，在相邻边上 强行设置包含网格数的分段，然后再进行网格划分，因为划分网格级 别限制，有时候这样做也无法实现自动网格协调，就要采取先划分网 格再建立种子法。选其中一个几何体单独划分网格，网格会按照既定 的分段方式进行划分，然后在相邻边（未划分网格的几何体）建立种 子时，选择已经划分好的相邻边的结点作为要划分边的种子，然后删 除原来的网格，重新自动划分网格，就能够全部网格自动协调。

效果汇总

本发明的一种复杂模型完全六面体建模及几何体重塑加密方法， 能够快速建立完全六面体网格，并能任意控制局部加密密度，是进行 大规模科学计算的前提条件，建立的模型在其他数值方法中同样适 合。

附图说明

图1是本发明实施例提供的复杂模型完全六面体建模及几何体 重塑加密方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的模板H5的示意图；

图3是本发明实施例提供的模板W1的示意图；

图4是本发明实施例提供的模板W6的示意图；

图5是本发明实施例提供的六面体网格加密流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合 附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描 述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明的复杂模型完全六面体建模及几何体重塑加 密方法的流程，如图所示，本发明是这样实现的，一种完全六面体建 模及几何体重塑加密方法包括：

根据模型计算需要建立初步的几何模型，对建立的几何模型按照 六面体单元进行划分S101；

简单划分网格后将过渡单元（五面体单元）分解为六面体单元 S102；

利用自编的“网格转化几何体”程序，将所有六面体单元重新按照 结点对应几何体顶点方式建立全新的几何体并进行局部加密S103。

具体步骤如下：

步骤一、根据模型计算需要建立初步的几何模型，对建立的几何 模型按照六面体单元进行划分。

如果划分过程中只能划分为四面体单元，必须删掉该区域的几何 体。按照三角区域分解技巧和各自建立种子法重新建立新的几何体并 简单划分网格。能够形成包含五面体和六面体的基本原则是，几何体 要至少保证是五面体和六面体几何体，形状可以不规则。

步骤二、简单划分网格后将五面体分解为六面体。

通过转化模版，应用以下步骤，将含有五面体和六面体单元的模 型，完全转化为全六面体单元模型：

（1）选择所有六面体单元，应用图H5模版（图2），将原有的 六面体单元分解为8倍的六面体单元。

（2）选择所有的五面体单元，应用W1模版（图3），将原有 的五面体单元分解为2倍的五面体单元。

（3）选择新生成的所有五面体单元，应用W6模版（图4）， 将新生成的五面体单元分解为3倍的六面体单元。

步骤三、利用自编的“网格转化几何体”程序，将所有六面体单元 重新按照结点对应几何体顶点方式建立全新的几何体并进行局部加 密。

进一步，步骤一中所述的三角区域分解技巧，水流疏导法：假设 几何体边形成水流流通通道，在模型中间部位放置水源，水能够流通 到每个边界，说明该模型设计较合理，此时几何体的边之间是协调的， 容易将几何体划分为全六面体单元。在建立几何体模型时，被打断的 边尽量依次推向边界。这样在划分网格时，容易实现网格自动协调。

进一步，步骤一中所述的各自建立种子法的步骤是，在相邻边上 强行设置包含网格数的分段，然后再进行网格划分，因为划分网格级 别限制，有时候这样做也无法实现自动网格协调，就要采取先划分网 格再建立种子法。选其中一个几何体单独划分网格，网格会按照既定 的分段方式进行划分，然后在相邻边（未划分网格的几何体）建立种 子时，选择已经划分好的相邻边的结点作为要划分边的种子，然后删 除原来的网格，重新自动划分网格，就能够全部网格自动协调。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非 对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的 技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性的劳动即可做 出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围之内。