[發明專利]一種基于全局映射變換的表面結構網格自動生成方法

在審

• 申請號: 202011546577.4
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112560365A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 龐宇飛;劉楊;胡月凡;司松林;謝冬香;齊龍;陳波;盧風順
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心計算空氣動力研究所
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 西安研創天下知識產權代理事務所(普通合伙) 61239
• 代理人: 郭璐

本發明公開了一種基于全局映射變換的表面結構網格自動生成方法，包括：S1.數模離散，生成空間背景網格；S2.使用計算共形幾何技術進行參數化映射，生成參數域背景網格；S3.參數域拓撲劃分，根據參數域邊界以及參數域空間背景非結構網格中的數模特征線約束在參數域進行帶約束的拓撲生成；S4.參數域結構網格生成；S5.表面結構網格生成，將參數域結構網格逆映射回空間背景網格。本方法結合新興的計算共形幾何技術全局參數化能力和傳統映射法思想，將三維表面全局映射到二維參數域，在參數域中進行拓撲劃分和網格生成。通過算例驗證表明，本發明方法切實可行，生成網格的精度滿足工程使用要求，能夠作為空間體網格生成的基礎。

技術領域

本發明屬于模擬仿真網格生成技術領域，具體涉及一種基于全局映射變換的表面結構網格自動生成方法。

背景技術

CFD(Computational Fluid Dynamics)在航空航天、汽車、高鐵等領域的應用與日俱增，已成為了眾多研究領域不可或缺的重要技術工具。通過幾十年的發展，其計算結果的可信度得到了行業認可，可以作為氣動外形優化的有力證據。其中前處理階段的網格生成是CFD流程中必不可少的重要環節，是進行數值計算的前提和基礎。網格生成質量好壞直接影響數值計算的效率、精度和計算穩定性。

目前，網格技術按照拓撲結構主要分為結構網格和非結構網格。事實上，結構網格從計算精度和計算效率方面都優于非結構網格。但是全自動的結構網格生成是網格生成領域中的圣杯問題。其技術難點是結構網格幾何適應性差，主要問題是三維空間拓撲自動劃分困難，嚴重依賴人工交互，耗時耗力。

表面結構網格自動生成關鍵技術在于攻克多連通復雜區域帶特征約束的拓撲自動劃分。研究人員進行了大量研究，提出了很多方法，Tam提出了一種二維的中軸法來進行拓撲構造自動生成網格；Armstron提出了一種鋪路法；Blacker用于通過與鋪路算法具有相似性的方法求解表面的網格奇異性和塊拓撲；Fogg提出了一種新的曲面分區方法，但是還沒有一種方法在工程中進行大量使用。

計算共形幾何具有強大的全局參數化能力，可將復雜的三維問題轉換為二維問題。目前，計算共形幾何技術擁有眾多的計算方法分別適用于不同場景和不同虧格，其中最基本的三種方法是：調和映射、Hodge分解和Ricci流。曲面單值化定理斷言：所有帶有黎曼度量的可定向曲面都可以共形地變換到三種標準空間中的一種：球空間、歐式空間和二維雙曲空間。結合表面結構網格生成的三維拓撲自動劃分困難的實際問題，可使用計算共形幾何的全局參數化能力，將三維拓撲自動劃分問題轉換為二維問題。

發明內容

針對上述存在的問題，本發明提供一種基于全局映射變換的表面結構網格自動生成方法，將復雜外形表面全局參數化映射到參數域，同時將邊界約束、特征約束和曲率約束等信息傳遞到參數域中，在參數域中進行帶約束的拓撲自動劃分和網格生成，最后將參數域生成的網格映射回數模表面，有效克服了以往依賴復雜人工操作生成表面結構網格的缺點，具有自動化程度、網格質量高的特點。

為了實現上述目的，本發明目所采用的技術解決方案為：

一種基于全局映射變換的表面結構網格自動生成方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：利用網格生成軟件NNW-GridStar對輸入的實體模型進行數模離散，生成空間背景非結構網格；

步驟2：使用計算共形幾何技術將空間背景非結構網格全局參數化映射到參數域，同時將邊界約束、特征約束和曲率約束等信息傳遞到參數域中，生成參數域背景網格；

步驟3：根據所述參數域背景網格的參數域邊界以及參數域空間背景非結構網格中的數模特征線約束在參數域進行帶約束的拓撲生成；

步驟4：根據調和映射帶來的面積畸變進行參數域網格點數分布設置，并生成參數域結構網格；

步驟5：使用重心坐標法將得到的參數域結構網格逆映射至空間背景網格，最終生成表面結構網格。