[發明專利]一種用于耦合分析的波紋管和土體的三維模型網格劃分方法

在審

• 申請號: 202010603629.0
• 申請日: 2020-06-29
• 公開（公告）號: CN111859737A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 方宏遠;譚佩玲;李斌;何航;楊康建;王甫;張曦君
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/13;G06T17/20;G06F111/04;G06F113/14;G06F119/14
• 代理公司: 長沙楚為知識產權代理事務所(普通合伙) 43217
• 代理人: 李大為

本發明公開了一種用于耦合分析的波紋管和土體的三維模型網格劃分方法，包括獲取波紋管和土體的三維模型；節選波紋管和土體的模型單元，將波紋狀土體與規則土體分別從土體模型單元中切割出來；根據預設的第一劃分條件，得到波紋狀土體的實體單元網格；根據預設的第二劃分條件，得到規則土體的實體單元網格；以波紋狀土體的實體單元網格為基準，通過預設的第一約束條件，得到波紋管外壁殼單元網格；以波紋管外壁殼單元網格為基準，根據預設的第二約束條件，得到波紋管內壁殼單元網格；根據預設的變換條件，將波紋管和土體的單元網格變換為波紋管和土體整體模型的網格。本發明通過對波紋狀土體單元進行精細化的網格劃分來提高網格劃分的精度和效率。

技術領域

本發明屬于流固耦合技術領域，具體涉及一種用于耦合分析的波紋管和土體的三維模型網格劃分方法。

背景技術

現階段市政排水領域，HDPE雙壁波紋管因其耐腐蝕、水力效應好、經濟、易安裝等優點被廣泛運用。實際應用中，對雙壁波紋管的數值模擬研究常將雙壁波紋管簡化為直壁管道，研究指出，雙壁波紋管特殊的截面構造將使其受力變形不同于普通直壁管道；而對其力學響應的研究常常只考慮單一因素對管道變形的影響，實際上管道運行過程中會同時受多物理場的條件影響，管道內含砂粒的污水水體、上覆土壓力和管外荷載等多種荷載的共同作用。

因此，基于多物理場的有限元展開分析運行荷載條件下真實的HDPE雙壁波紋管等管道和管網系統在土壓力—交通載荷—流體載荷耦合作用下的受力變形響應等致災機理。在耦合分析計算前，對波紋管和土體的模型進行網格劃分是必要的步驟。

發明內容

為了克服現有技術中的問題，本發明提供一種用于耦合分析的波紋管和土體的三維模型網格劃分方法，旨在解決基于多物理場的有限元展開分析的耦合分析時波紋管和土體的三維模型網格劃分的技術問題。

為了實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種用于耦合分析的波紋管和土體的三維模型網格劃分方法，包括：

獲取波紋管和土體的三維模型；其中，所述土體包括與所述波紋管外壁形狀適應的波紋狀土體和規則土體；

節選土體的模型單元，將波紋狀土體與規則土體分別從土體模型單元中切割出來；

根據預設的第一劃分條件，得到波紋狀土體的實體單元網格；根據預設的第二劃分條件，得到規則土體的實體單元網格，實現土體的實體單元網格劃分；

以所述波紋狀土體的實體單元網格為基準，通過預設的第一約束條件，得到波紋管外壁殼單元網格；以所述波紋管外壁殼的單元網格為基準，根據預設的第二約束條件，得到波紋管內壁殼單元網格，實現波紋管的實體單元網格劃分；

根據預設的變換條件，將波紋管和土體的單元網格變換為波紋管和土體整體模型的網格。

進一步地，所述根據預設的第一劃分條件，得到波紋狀土體的實體單元網格，包括：

設定第一劃分條件：

在所述波紋狀土體的模型單元中選取一個待切割的橫截面作為第一基準面，將垂直于所述第一基準面的方向定義為第一方向；

以第一基準面為基準平面，將所述波紋狀土體的模型沿第一方向進行逐層切割，得到波紋狀土體節點縮減的區域，形成多層波紋狀土體的切割子單元；

在波紋狀土體截面處布置網格，所述網格的大小與預設的計算精度相適應，進而生成波紋狀土體的面網格；

將面網格沿第一方向進行掃略，生成波紋狀土體完整模型的實體單元。

進一步地，在第一基準平面上沿遠離波紋狀土體的方向逐漸縮減波紋狀土體的節點數量，節點數量縮減使得網格尺寸不斷擴大，單元網格數量相應的成倍減小，進而得到第一基準平面上的土體波紋狀節點和網格劃分；