[發明專利]基于網格結構的有限元數值模型查錯方法

無效

• 申請號: 201110027104.8
• 申請日: 2011-01-26
• 公開（公告）號: CN102063555A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 石崇;徐衛亞;聶衛平
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 黃雪蘭

技術領域

本發明涉及土木工程等工科數值分析領域的前處理部分。

背景技術

數值模擬技術是土木工程力學分析的重要手段，地質建模是數值模擬技術前處理的主要組成部分。在復雜條件下如大壩壩肩、大型地下洞室、復雜構件的模型構建中，由于構筑物的復雜幾何條件、結構面空間交切關系影響，稍有不慎即可能導致模型出現錯誤，使計算結果失真，甚至無法計算。為了搞清錯誤的來源，普通的方法是從點-線-面建模歷程中進行檢查，且要按照一定的順序進行遍歷，如沿著模型的坐標軸方向逐點、逐線、逐面檢查；若模型存在多處錯誤需逐項排除，多次反復，對于簡單的有限元模型相對容易，若有限元模型節點、單元數目上萬甚至幾十萬、上百萬，采用普通的模型查錯方法就顯得力不從心，不僅耗費大量的時間，多次的返工，造成研究工作者失去耐心。

發明內容

本發明針對土木工程領域的地質模型對象，提供了一種能夠進行信息自動檢索、快速查錯的基于網格結構的有限元數值模型查錯方法。

本發明采用如下技術方案：

一種基于網格結構的有限元數值模型查錯方法，?

步驟1?對土木工程領域的地質模型進行數值分析，進行有限分割，將地質模型劃分為多個4面體4節點網格對象、5面體6節點網格對象及6面體8節點網格對象，再將4面體4節點網格對象轉化為6面體8節點網格對象，同時再將5面體6節點網格對象轉化為6面體8節點網格對象，并以6面體8節點網格對象、由4面體4節點網格對象轉化為6面體8節點的網格對象及由5面體6節點網格對象轉化為6面體8節點的網格對象作為單元，各單元通過相連節點實現力學分析，對單元信息進行歸類，得到節點信息和結構信息，節點信息包括節點數目np和節點坐標，結構信息包括單元數目ne、單元結構形狀和構成單元的節點編號信息，所述節點編號采用以下方法獲得：根據節點位置，按照先下面后上面、逆時針順序，給節點編制編號，

所述的4面體4節點網格對象轉化為6面體8節點網格對象的轉化方法如下：4面體4節點表現為四面體，將任意三點作為底面，三點仍以逆時針順序，另外一點作為頂面，原四節點4面體編號為a?b?c?d，則轉為8節點，并記為a?b?c?c?d?d?d?d；

所述的5面體6節點網格對象轉化為6面體8節點網格對象的轉化方法如下：5面體6節點網格表現為三棱柱，分別以三棱柱兩個三角形面作為底面、頂面，分別將底面、頂面三點擴展為2點重合的四點，則原三棱柱節點編號a?b?c?d?e?f，轉化為六面體a?b?c?c?d?e?f?f，

步驟2?對所有六面體8節點單元中的面元進行編號，所述編號采用下列方法：各點按照右手規則指向單元內部，將面元內的節點編號進行組合，得到面元編碼；

在6*ne個面元中進行面積檢索，找到面積為零的面元，設面積為零的面元數量為n0個，并予以剔除，得到待檢查的6*ne-n0個剩余面元；?

根據空間節點坐標矩陣，在6*ne-n0個剩余面元中尋找出左邊界、右邊界、前邊界、后邊界、上邊界及下邊界，尋找方法為：

分別搜索x方向坐標值、y方向坐標值及z方向坐標值，從中尋找出最小x坐標值xmin、最大x坐標值xmax，最小y坐標值ymin、最大y坐標值ymax，最小z坐標值zmin、最大z坐標值zmax，定義x=xmin為地質模型左邊界面，x=xmax為地質模型右邊界面，y=ymin為地質模型前邊界面，y=ymax為地質模型后邊界面，z=zmin為地質模型下邊界面，z=zmax為地質模型上邊界面，

設置一容差tol=0.01，如果面元上4個節點的x坐標值與xmin的距離小于容差，則該面元必為地質模型左邊界面元之一；如果面元上4個節點的x坐標值與xmax的距離小于容差，則該面元必為地質模型右邊界面元之一；如果面元上4個節點的y坐標值與ymin的距離小于容差，則該面元必為地質模型前邊界面元之一；如果面元上4個節點的y坐標值與ymax的距離小于容差，則該面元必為地質模型后邊界面元之一；如果面元上4個節點的z坐標值與zmin的距離小于容差，則該面元必為地質模型下邊界面元之一；如果面元上4個節點的z坐標值與zmax的距離小于容差，則該面元必為地質模型上邊界面元之一；

將地質模型的上、下、左、右、前及后邊界面的總數目記為n1，并在待檢查的6*ne-n0個剩余面元中予以剔除，得到待檢查的6*ne-n0-n1個二次剩余面元，