[發(fā)明專利]一種空間離散網(wǎng)格點重歸整化方法

有效

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• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112329321B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設計）人: 孫巖;鄧學霖;趙瑩;余婧;郭勇顏;江盟;劉旺林;鄧彥增
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發(fā)展中心計算空氣動力研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10
• 代理公司: 綿陽山之南專利代理事務所(普通合伙) 51288
• 代理人: 沈強

本發(fā)明公開了一種空間離散網(wǎng)格點重歸整化方法，屬于有限元數(shù)值模擬中的網(wǎng)格自動生成領域，針對有限元網(wǎng)格自動生成與網(wǎng)格變形技術在一些問題的局限性，從而提出采用結(jié)構、非結(jié)構混合的方式實現(xiàn)局部形狀改變下復雜外形有限元網(wǎng)格的全自動生成。但因非結(jié)構網(wǎng)格是無序排列的，故需對無序排列的離散網(wǎng)格點進行重歸整化以形成網(wǎng)格算法能使用的數(shù)據(jù)結(jié)構；本發(fā)明適用于四邊形結(jié)構網(wǎng)格，通過網(wǎng)格點的連接關系對離散網(wǎng)格點進行分類，運用遞歸查找的方式逐步搜索相鄰網(wǎng)格點，并依照此方式逐網(wǎng)格塊逐行將空間離散網(wǎng)格點進行重歸整化。

技術領域

本發(fā)明涉及CAE數(shù)值模擬離散網(wǎng)格生成領域，尤其涉及有限元數(shù)值模擬中的網(wǎng)格自動生成領域，具體為一種空間離散網(wǎng)格點重歸整化方法。

背景技術

伴隨計算機硬件與數(shù)值仿真算法的快速發(fā)展和成熟，基于有限元（FiniteElement Method, FEM）方法的數(shù)值模擬技術逐步在眾多領域得到廣泛應用，為探索行業(yè)未來潛力提供強有力工具，支撐眾多行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。網(wǎng)格作為有限元數(shù)值仿真的離散基礎，決定了仿真結(jié)果的精準度，是影響仿真收斂和效率的重要因素。但復雜形狀的有限元網(wǎng)格生成仍然是充滿挑戰(zhàn)性的工作，費時費力，很多情況下良好網(wǎng)格的生成極度依賴人員常年的經(jīng)驗積累。

尤其對于優(yōu)化設計、可靠性分析等問題，需要生成幾百甚至幾萬個計算狀態(tài)的有限元網(wǎng)格，人工生成面臨巨大的挑戰(zhàn)和不確定性，有限元網(wǎng)格自動生成是解決這類問題的主要途徑。然而，目前的自動生成方法多采用整體一體生成的方式，需要解決數(shù)模修補、參數(shù)調(diào)整等眾多問題，狀態(tài)眾多時仍然十分耗時費力。另一方面，當前基于非結(jié)構化單元的自動生成方法無法維持單元拓撲關系，可能引入不確定性的數(shù)值離散誤差，帶來掩蓋可靠性分析、優(yōu)化設計結(jié)果真值的風險。而網(wǎng)格變形技術能夠維持網(wǎng)格單元的拓撲關系，避免引入全新的離散誤差，但對于相貫線改變的情況，如曲面打孔，網(wǎng)格變形技術顯得無能為力。

針對這一難題，可以采用結(jié)構、非結(jié)構混合的方式實現(xiàn)局部形狀改變下復雜外形有限元網(wǎng)格的全自動生成。例如，用非結(jié)構方式生成不變外形部分的基礎網(wǎng)格，而用結(jié)構方式生成變形外形部分的網(wǎng)格，從而可以維持形狀變形后網(wǎng)格單元的拓撲關系。然后將兩部分網(wǎng)格進行合并，形成全新的有限元計算網(wǎng)格。但新的混合網(wǎng)格生成思路又將帶來新的問題，即界面位置數(shù)據(jù)的匹配。非結(jié)構網(wǎng)格在界面位置的網(wǎng)格點是無序排列的，需要對這些無序排列的離散網(wǎng)格點進行重歸整化，形成結(jié)構網(wǎng)格算法能夠識別和使用的數(shù)據(jù)結(jié)構。

當前，尚未有方法對該問題進行過研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種空間離散網(wǎng)格點重歸整化方法，即將空間中離散的網(wǎng)格點通過點與點之間相鄰連接關系，運用遞歸查找點的方式將混亂的網(wǎng)格點重歸整化為標準規(guī)則的網(wǎng)格。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種空間離散網(wǎng)格點重歸整化方法，包括以下步驟：

S1:定義網(wǎng)格點結(jié)構體數(shù)組和網(wǎng)格塊結(jié)構體數(shù)組，網(wǎng)格點結(jié)構體數(shù)組用于存放網(wǎng)格點信息，網(wǎng)格塊結(jié)構體數(shù)組用于存放網(wǎng)格塊信息，

網(wǎng)格點的結(jié)構體包括：網(wǎng)格點序號、網(wǎng)格點變量、網(wǎng)格點坐標，

網(wǎng)格塊的結(jié)構體包括：四個網(wǎng)格點的拓撲關系信息，每個網(wǎng)格塊的拓撲關系為每個網(wǎng)格塊中網(wǎng)格點序號的連接方式；

S2:將所有需要重歸整化的網(wǎng)格點數(shù)據(jù)信息分別存入網(wǎng)格點結(jié)構體數(shù)組和網(wǎng)格塊結(jié)構體數(shù)組中；

S3:通過遍歷網(wǎng)格點結(jié)構體數(shù)組和網(wǎng)格塊結(jié)構體數(shù)組對所有需要重歸整化的網(wǎng)格點分類，包括網(wǎng)格邊界點、網(wǎng)格角點和網(wǎng)格內(nèi)點；

S4:任意選取一個S3中確定的網(wǎng)格角點作為空間網(wǎng)格重歸整化的起始點；

S5:確定與S4中起始點在同一行的所有需歸整出的網(wǎng)格點，具體為：