[發明專利]不規則結構和內嵌結構實體的單元劃分方法

有效

• 申請號: 202010035020.8
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111259536B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 羅慶斐;曹權;李圍;申鵬;龔姝華;張夢恒;李兆欽;杭宇;劉奕韜;李機遇
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/10
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明提供了一種不規則結構和內嵌結構實體的單元劃分方法，包括如下步驟：步驟S1：確定建立幾何實體區域和平面區域的范圍；步驟S2：對所述幾何實體區域與平面區域的接觸區域進行尺寸控制；步驟S3：在所述平面區域生成2D平面單元；步驟S4：對所述2D平面單元進行擴展以及對所述幾何實體區域進行劃分生成3D實體單元。本發明對具有復雜結構的巖土工程有很好的適用性，能夠快速生成質量較好的網格單元。

技術領域

本發明涉及巖土工程的仿真模擬研究領域，具體地，涉及一種不規則結構和內嵌結構實體的單元劃分方法。

背景技術

近幾年來，隨著地下空間的利用越來越廣泛，為了適應更加復雜的地質環境，相關工法也變得越來越復雜。而施工過程較為復雜的工法往往具有較多不規則結構，比如洞樁法，在施工中涉及到鋼管柱、邊樁、頂縱梁、扣拱、冠梁等等結構。因此，對不規則結構進行網格劃分時，其質量的好壞往往是難以控制的。而網格的好壞將直接影響數值模型結果的正確性，因此，要求在劃分網格時能夠劃分質量較好的網格。

隨著計算機技術的發展，現階段有許多種仿真模擬軟件。其中，Midas GTS NX仿真模擬軟件以其強大的前處理能力深受喜歡。在該軟件中，對于一些不規則結構的網格劃分，可以直接采用軟件自帶的“自動實體劃分”中的“混合網格生成器”功能。在該種方法下劃分出來的單元是以五面體單元為過渡單元，四面體、六面體單元為主要單元的網格形狀，其優點是操作十分簡單，效率十分高效，不需要對當中的實體進行過多的尺寸控制，只需在關鍵部位進行尺寸控制，但是其缺點是容易生成較多質量差的單元，這些單元主要是作為過渡單元的四面體和五面體單元，而質量較差的單元對其后的運算容易產生較大的影響，比如會導致運算時間長、收斂性差、運算結果不夠準確。

同時，Midas GTS NX仿真模擬軟件中建立3D實體單元，也可以采用“平面單元擴展”，即先生成2D平面單元，之后利用擴展網格的功能，將2D平面單元沿著某一個方向擴展生成3D實體單元。該種方法的優點是能夠生成規整的六面體單元，使整個模型中的單元質量較好，但是對于模型內部有內嵌的結構，比如說中柱或者中樁，這種方法就失效，因為此時的擴展方向不止一個，導致生成的3D實體單元無法耦合。此外，若是模型的范圍較大，則容易產生過多的單元，在后續的運算中也會使計算時間過長。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種不規則結構和內嵌結構實體的單元劃分方法，能夠將自動實體劃分發和平面單元擴展法結合起來，同時實現自動實體劃分法的高效性和平面單元擴展法的高質量。

根據本發明提供的不規則結構和內嵌結構實體的單元劃分方法，包括如下步驟：

步驟S1：確定建立幾何實體區域和平面區域的范圍；

步驟S2：對所述幾何實體區域與平面區域的接觸區域進行尺寸控制；

步驟S3：在所述平面區域生成2D平面單元；

步驟S4：對所述2D平面單元進行擴展以及對所述幾何實體區域進行劃分生成3D實體單元。

優選地，還包括如下步驟：

步驟S5：對所述3D實體單元進行網格質量檢查，當所述3D實體單元存在自由面時，則返回至步驟S2；

步驟S6：對所述3D實體單元進行的網格組合并。

優選地，所述接觸區域包括平面區域與幾何實體區域相接觸的第一接觸區域以及所述平面區域的擴展方向以及幾何實體區域相接觸的第二接觸區域；

所述第一接觸區域的幾何控制用于保證采用自動實體劃分法生成的3D實體單元與平面單元擴展生成的3D實體單元在平面上能夠互相耦合；

所述第二接觸區域的幾何控制用于保證采用自動實體劃分法生成的3D實體單元與平面單元擴展法生成的單元在擴展方向上能夠相互耦合。