[發明專利]復雜壩基拱壩三維有限元四面體網格自動剖分方法

在審

• 申請號: 201811138818.4
• 申請日: 2018-09-28
• 公開（公告）號: CN109472046A
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: 熊堃;周華;王志宏;花俊杰;吳超;殷鳴
• 申請（專利權）人: 長江勘測規劃設計研究有限責任公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 陳家安;李衛

1.復雜壩基拱壩三維有限元四面體網格自動剖分方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟：

1)建立均質條件下的壩體壩基四面體背景網格；

2)將壩體橫縫及壩基中各種結構面，在三維空間中作為切割面投放在背景網格中；

3)針對每一個切割面，根據其在背景網格上的切割位置，對每一個四面體背景網格進行網格重新生成，直至所有的切割面投放處理完畢；

4)優化重生網格的質量，完成建模工作。

2.根據權利要求1所述的復雜壩基拱壩三維有限元四面體網格自動剖分方法，其特征在于：所述步驟2)中壩體橫縫及壩基中各種結構面采用無厚度的接觸單元進行模擬，在該切割面上生成空間位置重合的雙節點信息。

3.根據權利要求1所述的復雜壩基拱壩三維有限元四面體網格自動剖分方法，其特征在于：所述步驟2)中切割面的空間位置確定方法為：

若切割面與三維坐標系中的其中一條坐標軸垂直，直接采用切割面內一個點的坐標值確定切割面的位置；

若切割面不與三維坐標系中的任一坐標軸垂直，取切割面平面內不在同一條直線上的三個點的坐標值確定切割面的位置或取切割面平面內一點與切割面平面的法矢量確定切割面位置。

4.根據權利要求1所述的復雜壩基拱壩三維有限元四面體網格自動剖分方法，其特征在于：所述步驟3)中根據切割位置進行網格重新生成的方法為：

若切割面切割四面體單元的兩個頂點和一條棱邊，原四面體被分割為兩個四面體單元；

若切割面切割四面體單元的一個頂點和兩條棱邊，原四面體被分割為一個四面體和一個四棱錐，在四棱錐底面取一點并與四棱錐的五個頂點連接，可將四棱錐分解為四個四面體，原四面體最終被分解為五個四面體單元；

若切割面切割四面體單元的三條棱邊，原四面體被分割為一個四面體和一個三棱柱，在三棱柱內部取一點并與三棱柱的六個頂點連接，可將三棱柱分解為兩個四面體和三個四棱錐，每個四棱錐又可以被分解為四個四面體，這樣一個三棱柱可被分解為十四個四面體，原四面體最終被分解為十五個四面體單元；

若切割面切割四面體單元的四條棱邊，原四面體被分割為兩個三棱柱，每個三棱柱可被分解為十四個四面體，原四面體最終被分解為二十八個四面體單元；

切割面切割四面體單元的棱邊時，控制切割后的長短棱邊長度比例，若長度比例大于5，則將其調整為5。所有切割完成后，新生成的四面體單元網格節點信息取代被分割的原四面體單元網格節點信息。

5.根據權利要求1所述的復雜壩基拱壩三維有限元四面體網格自動剖分方法，其特征在于：所述步驟4)的具體步驟包括：

41)計算新生成的四面體單元的體積，控制每個四面體單元的最小體積，若體積小于0.1m³，則將其直接縮為一點；

42)計算新生成的四面體單元的最小坍塌比(四面體的高度乘以1.24后與其對應底面面積的比值)，若比值小于0.1，則將其頂點對應的節點位置進行移動。