C1四面四面体网格生成V10
Ls-Dyna_负体积问题
LS-DYNA FAQ 中英文版-Negative Volume 负体积2007年09月13日星期四下午 10:26泡沫材料的负体积(或其它软的材料)对于承受很大变形的材料，比如说泡沫，一个单元可能变得非常扭曲以至于单元的体积计算得到一个负值。
这可能发生在材料还没有达到失效标准前。
对一个拉格朗日(Lagrangian)网格在没有采取网格光滑(mesh smoothing)或者重划分(remeshing)时能适应多大变形有个内在的限制。
LS-DYNA中计算得到负体积(negative volume)会导致计算终止，除非在*control_timestep卡里面设置ERODE选项为1，而且在*control_termination里设置DTMIN项为任何非零的值，在这种情况下，出现负体积的单元会被删掉而且计算继续进行(大多数情况)。
有时即使ERODE和DTMIN换上面说的设置了，负体积可能还是会导致因错误终止。
有助于克服负体积的一些方法如下：* 简单的把材料应力－应变曲线在大应变时硬化。
这种方法会非常有效。
* 有时候修改初始网格来适应特定的变形场将阻止负体积的形成。
此外，负体积通常只对非常严重的变形情况是个问题，而且特别是仅发生在像泡沫这样的软的材料上面。
* 减小时间步缩放系数(timestep scale factor)。
缺省的0.9可能不足以防止数值不稳定。
* 避免用全积分的体单元(单元类型2和3)，它们在包含大变形和扭曲的仿真中往往不是很稳定。
全积分单元在大变形的时候鲁棒性不如单点积分单元，因为单元的一个积分点可能出现负的Jacobian而整个单元还维持正的体积。
在计算中用全积分单元因计算出现负的Jacobian而终止会比单元积分单元来得快。
* 用缺省的单元方程(单点积分体单元)和类型4或者5的沙漏(hourglass)控制(将会刚化响应)。
对泡沫材料首先的沙漏方程是：如果低速冲击type 6，系数1.0; 高速冲击type 2或者3。
TetGen用户手册中文版
一款优良的四面体格网生成和 3D Delaunay 三角剖分器
版本 1.5 用户手册 2012 年 11 月 5 日
Hang Si si@wias-berlin.de http://www.tetgen.osg c 2002 – 2012
周顺 陈强译 E_mail:shunzhou@ 2014 年 1 月
3 使用 TetGen.................................................................................................18
3.1 命令行语法..............................................................................................................18 3.2 命令行开关...............................................................................................................18 3.2.1 四面体格网化一个点集(-w, -v)...................................................................19 3.2.2 分段线性复合体(PLC)四面体格网化(-p, -Y).............................................21 3.2.3 生成优良格网 (-q).......................................................................................23 3.2.4 分配范围属性(-A)........................................................................................24 3.2.5 体积约束(-a).................................................................................................25 3.2.6 应用格网尺寸函数(-m)................................................................................25 3.2.7 重建四面体格网(-r) .....................................................................................25 3.2.8 插入附加点列表(-i)......................................................................................26 3.2.9 格网优化(-O)................................................................................................26 3.2.10 设置容差(-T) ..............................................................................................26 3.2.11 格网统计(-V)..............................................................................................27 3.2.12 其他选项.....................................................................................................27
ICEM自动体网格生成
Training Manual
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Refinement = 12
1/10/2007 © 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.
11.0 New Features ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002382 1-14
11.0 New Features
自动体网格划分
1/10/2007 © 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.
11.0 New Features ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002382 1-1
ANSYS v11.0
体网格划分
• 自动创建三维网格单元填充空间
– 一般为 “非结构”
• 主要为 四面体网格
– 全三维分析
• 二维分析不能真实模拟
– 内/外流动模拟 – 结构化实体建模 – 热应力 – 更多内容!
• 标准流程
– 从几何开始 • Octree tetra（八叉树四面体–）从已存在的网格开始
– Robust（鲁棒性） – Walk over features
• 八叉树四面体网格对几何的需求
Training Manual
需要封闭的几何模型
Build Diagnostic Topology
几何修复工具能快速 找到问题并予以解决
查找丢失的面
查找洞和缝隙
四面体能忽略小于当地网格尺寸的缝隙
推荐捕捉几何的特征线和点
推荐定义区域的材料点
对于简单的几何，四面体网格生成器能够自动生成
• 加密
– 沿圆上布置的网格数量 – 避免网格细分达到global
四面体网格生成方法的与实现
四面体网格生成方法的研究与实现
田素垒 ， 张志毅 ， 陈 敏 ， 张 娴
（ ） 西北农林科技大学 信息工程学院 ，陕西 杨凌 ７ １ ２ １ ０ ０
摘 要 ： 针对四面体网格生成过程中需 要 人 工 构 造 背 景 网 格 和 指 定 尺 寸 信 息 的 问 题 ， 提 出 了 一 种 自 动 计 算 网 格 尺 寸 的 方 法 。 该方法通过按层次推进产生四面体网格 ， 根据周围前沿面的尺寸 和 法 线 信 息 ， 计 算 新 生 成 四 面 体 的 尺 寸 ， 使 四 面 体 网 格在尺寸上能够均匀分布 。 在网格生成过程中 ， 无需人工指定相关信 息 ， 并 能 保 证 新 生 成 四 面 体 的 质 量 。 联 立 直 线 和 平 面 的参数方程 ， 根据方程组解的情况判断线段和三角形是否相交 ， 并对相交 的 条 件 作 了 详 细 的 分 析 。 使 用 空 间 八 叉 树 管 理 前 沿面 ， 降低与前沿面相关操作的复杂度 。 数值算例表明 ， 该方法能够生成较高质量的四面体网格 。 关键词 ： 四面体网格 ； 层次推进 ； 尺寸计算 ； 相交测试 ； 八叉树 ）１ 中图法分类号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ４ １ 文献标识号 ：Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ０ ７ ０ ２ ４（ ２ ０ １ ２ １ ４ ４ １ ６ ０ ６ － － －
（ ，Ｎ ，Ｙ ） Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｅ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｗ ｅ ｓ ｔ Ａ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ Ｆ ｏ ｒ ｅ ｓ ｔ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ａ ｎ ｌ ｉ ｎ ７ １ ２ １ ０ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｇ ｇ ｇ ｇ ｙ ｇ ｇ
三维约束Delaunay四面体网格生成算法及实现-精选文档
三维约束Delaunay四面体网格生成算法及实现一、引言网格生成是工程科学与计算科学相交叉的一个重要研究领域，是有限元前置处理的关键技术。
从总体上讲，网格生成技术分为结构化网格和非结构化网格两大类，其中，非结构网格能适应复杂外形且自动性高，逐渐成为数值求解偏微分方程的有效方法之一，它在有限元分析、科学计算可视化、生物医学和机器人等学科领域具有重要的应用价值。
当前，典型的非结构四面体网格生成算法主要有八叉树法（Octree）、前沿推进法（AFT）和Delauay法等。
较其它方法而言，Delauay法具有成熟的理论基础和判断准则，更适用于三维实体的网格生成。
Delaunay法最早由Delaunay于1934年提出，在此基础上，Chew、Ruppert、Miller和等学者在算法改良方面开展了大量研究。
目前，二维Delaunay法的研究已趋成熟，但三维Delaunay法在处理复杂实体的边界一致性问题仍是学者研究的热点。
本文在前人研究的基础上，采用约束Delaunay四面体（Constrained Delaunay Tetrahedralization ，CDT）法来处理指定区域的边界一致性问题，编制了基于CDT的三维自适应四面体网格生成程序，并对工程实例进行了分析。
二、CDT定义及算法（一）CDT定义在三维区域的四面体网格生成中，四面体的外接球内部不包含任何网格顶点的四面体称为符合Delaunay准则的四面体，如果一个点集的四面体生成中每个四面体都符合Delaunay准则，则此四面体生成是点集的Delaunay四面体生成。
在一定条件限定之下以Delaunay准则为标准将空间分解成许多四面体称为约束Delaunay四面体生成。
通常情况下，将约束Delaunay三角（二维）/四面体（三维）生成的问题记为CDT。
（二）CDT存在性由于三维空间存在不能划分为四面体集合的多面体（如多面体），故给定一个用分段线性复合体（piecewise linear complexes，PLCs）描述的三维区域，的CDT可能不存在。
四面体网格生成方法的与实现
一种全四边形有限元网格生成方法——堆砌法
一种全四边形有限元网格生成方法——堆砌法一种全四边形有限元网格生成方法——堆砌法第36卷第l0期2000年10月机械工程CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERING V36No10Oct.2000一种全四边形有限元网格生成方法——堆砌法王世军(西安理工夫学机械与张广鹏院西安710048)7一7仡1))中围j2_-一——,0《ul1..0前言有限元方法是一种在工程上非常重要的数值分析方法,尤其是在复杂结构的分析中得到广泛应用随着计算机技术的快速发展,分析问题的规模越来越大,从印,70年代的几十至几百个结点到目前的几十万至几百万个结点.用人工进行网格划分已经不能满足需要.另一方面,自适应分析与设计技术的出现与发展,也迫切要求网格划分自动化.有限元网格的自动生成算法有着潜在的,巨大的价值,在这个领域一直有着广泛的研究.这些研究多数都使用三角形网格,三角形单元的精度较四边形低,在分析过程中并不推荐使用.也有部分算法可以实现部分的或完全的四边形网格划分,但是这些算法往往存在这样或那样的问题,不能获得广泛使用.铺路法(Pavingmethod)_】是目前较好的一种全四边形网格生成算法_2"J,生成的网格质量较高.缺点是算法复杂,计算时问长,对复杂形状的划分区域适应性差,因此,难以将其推广到三维区域.本文针对铺路法的这些特点,提出了一种改进算法一堆砌法,较好地克服了铺路法存在的缺点.1堆砌法的原理铺路技术是将单元一层一层从边界铺到区域的内部,如图1所示,这些单元最终会填满整个划分区域.一般说,在区域内部铺设单元时,肯定会产生交叠.在一层单元铺设完毕后,要对交叉的部分进行特殊处理——边的缝合和单元湮灭,使得生成的单*西安理工大学青年科技基盎资助项目,20000228收到初稿2o~o4i5收到修改祷元之间保持相容性.之后进行光顺处理.交叉部分的处理,是铺路技术的难点.区域形状越复杂,产生的交叉越多,处理起来越麻烦,处理时间也越长.口口(b)日醒噩(c)图1铺路法原理堆砌技术的基本思想是沿着网格划分区域内的一条直线铺设单元,铺完一层单元以后,平移这条直线,在新的平行线上继续铺设新一层单元.直到整个区域铺满单元.如图2所示,在铺设每一层单元时,都是从区域的一个边界开始向另一个边界铺设.(B)图2螓砌浩原理图口加∞年1O月王世军等:一种全四边形有限元网格生成方法——堆砌法铺完一层后,再开始铺设另一层,直到铺满整个区域.可以看出,与铺路法明显不同的是,这里每一个单元层都是不封闭的,一般情况下只有2个端点在固定边界上,单元层不会产生交叉,避免了复杂的单元缝合处理.下面说明堆砌法的几个主要步骤.1.1单元的生成单元的生成是堆砌法的核心,涉及多方面的内容.首先是选择背景线的起点,问距和推进方向,其次是单元组中单元的生成,最后是单元的光顺处理.在任何一个单元生成之前,必须首先定义单元的大小(单元的尺度).单元的尺度是以单元的边长来表示的,它是单元边长的期望值.单元尺度是在划分区域的背景上,以尺度场的方式定义的.1.2背景线的确定背景线(也称为水面线)是一条指示单元层铺设位置和方向的线.背景线的起点可以是任意的边界位置,方向也可以随机选定.在铺出第1层单元以后,根据第2层单元中的最大的基本尺寸确定第2条背景线的位置.通常,背景线的方向可以选择几何区域最大尺寸的方向,这样生成的单元层数比较少,相应地,不规则结点的数目也比较少.如图3所示,由于背景线的控制,不会发生铺路法中必然产生的单元层的交叠.(日)多十浮动边界的生成(b)多十浮动边界的台井图3浮动边界的生成与合并1.3根结点的选定与单元层的生成网格划分之前,首先要将区域的边界按指定的单元数目或大小进行离散,形成离散边界.选择背景线以下与离散边界结点最近的结点作为第1层单元的根结点.第1层单元的铺设是从根结点开始,沿着固定边界向第2个根结点单向铺设.浮动边界与固定边界的交点作为单元层的生长结点从第2 层开始,以新旧浮动边界的交点作为单元的生长结点.单元层的第1个生长结点总是浮动边界与固定边界的交点.这样,可以避免铺路法中单元铺设位置的复杂判断.通常情况下,根结点是成对的.而且可以有多对.在单元的生成过程中,可以产生新的根结点,原有的根结点也可能湮灭.如图3所示.1.4单元组中单元的生成单元的生成分两步,第1步是预测,第2步是校正. 图4显示了预测步骤的过程.构造1个矢量厶c-,矢量的方向根据结点A剩余角度大小相应地取1/2,1/3剩余角度,保证新生成单元A点内角尽图4新结点位置的搜索可能接近90~.类似地可以构造另一个矢量k,.两个矢量的交点就是新结点的试探位置C.找到初始的试探位置后,还需进一步的校正,以改善新单元的质量.以基本边长为半径,以A,B结点为圆心,构造2个圆.求2个圆的交点.交点可能有2个,1个,或者没有.对于存在2个交点的情况.取内角为正的结点为.可以证明,对于有一个交点和没有交点的情况,只要保证前面生成单元的内角均接近90~,就不会发生这2种情况.得到2个新结点的位置以后,以这两个结点联线的中点作为新单元的最终结点位置C.这样获得的单元,兼顾边长和角度的要求,单元生成的速度比较快.在试探新结点位置之前,要先作一下检查,防止生成单元交叠或与边界不相容.如图4所示.检查的方法是以为半径,以当前结点为圆心,构造一个圆=kl^r一l+N (I)k是1个系数.一和+是2个矢量,起点都是结点^r,末端点分别是结点—I和^r…,如图4所74机械工程第36卷第lO期示.较快.在这个圆内,可能存在固定边界上的结点或多于1个的旧浮动边界上的结点.如果存在这两种情况,就不能按照前面的步骤生成单元.第1种情况,圆内存在固定边界结点,说明浮动边界已经接近固定边界.如果固定结点在半径为R:√21的同心圆内,则以固定比边界上的结点作为新结点位置.l为基本边长.固定边界和浮动边界因为有公共结点而被分为2个部分.新生成的固定边界和浮动边界两两构成的封闭区域,其边界结点数应保持为偶数,否则不应以这个固定结点作新结点,而位取另1个相邻的固定结点作边界结点.如果在圆内存在另外1个与之相邻的固定边界结点,就选择另1个.否则,按前述方法生成新结点.第2种情况,圆内存在第二个浮动边界上的结点,新结点的位置应该取在圆心与浮动边界的结点联线的中心上.为保持浮动边界的平直性,新单元生成以后,应当结束单元层的生成,从新的根结点开始生成新一层单元.由上述单元生成过程可以看出,新方法与铺路法相比,有几个优点.第一,不会产生铺路法特有的单元交叠,从而避免了包含复杂的拓扑形状判断的单元缝合过程.第二,铺路法中楔单元的插入和角结点单元的形成在这里都是单元生成过程中自然形成的,不需要特殊处理,程序结构得到简化.第三,单元的生成过程已经考虑到相邻的未生成单元的形状,不会生成质量越来越差的单元.避免了铺路法中每生成一个单元都要进行的局部光顺处理.2单元的光顺处理在区域内充满单元以后,对整体单元的质量进行一次检查,如果单元角度或边长比有超过允许值的,需要对整体单元进行光顺处理,以进一步提高整体单元的质量.这里使用修正的加权长度的拉普拉斯光顺算法j.这种算法是用一系列矢量从一个内部结点指向这个结点所有相邻结点.用一个贡献矢量作为这个内部结点相邻结点的贡献量.如图5所示,结点位置的修正量为互IcJIcj△=号置'cJIc是与内部结点i相邻结点的贡献矢量,是与结点i相邻结点的个数.这个算法使得边界单元的边趋向垂直于边界,边长则趋于均化,而且收敛速度3算例N.图5单元的光顺处理图6是在一个内部含有空洞的区域上获得的网图6古有复杂内部边界的区域剖分效果格.背景线方向沿水平方向,自下而上推进.网格的基本尺寸定义得比较大,生成网格在边界上仍然有较好的形状和尺寸一致性最大偏差角△=29.1..图7是一个具有复杂边界形状的陕西省地图的固7具有复杂外边界的区域剖分效果2OOO年10月王世军等:一种全四边形有限元网格生成方法——堆砌法轮廓.网格密度定义为上疏下密.背景线方向沿水平方向,推进方向也是自下而上.图示结果表明,算法对复杂边界的适应性是比较强的,疏密过渡也较为平滑.最大偏差角A:3O.7..4结论由于网格划分过程的复杂性,精确地评价一个算法的优劣是困难的.新算法避免了单元层之间的交叠,从而避免了网格生成过程中复杂的拓扑结构的判断和单元形状校正所需的迭代计算.因而可以定性地说,这-t-~t法与铺路法相比是一个好的算法.圈8是实测的网格结点数与划分时间的关系.在60∞个结点以下,结点数与时间基本保持线性关系之*匠蕾晶同格结点数/个数图8网格结点数与时间的关系参考文献TedDIll~ker,Micl~lBsIpIler咖Paving:ar?e8pn日chL0automatedq【md_咖meshm帆IntJ.Numberie~9inbginl1g,1991,32:811—847752SabinM.Criteriaforc0ⅢD日m0fal1l0mcmeshge~aon m由A.EI】gs0盘ware,1991,13(5/6):2213—2253Hc-LeKFimteelementmesh珊0I|meLl:areviewarIdcl~itlcationC~uter-Aided咄,1988,加(1):27—384M哪S.NoelF,LeonJC.r唧劬0n0fquadrilateralmesl1s 0nfree-ferm目u1b∞C∞1a-,d~ures,1999,71:505—524HEA]PlNG:ANEWM咽1l10DmRALLQ10~DIlILA/~_,SttGE既10NWang蜘皿ⅫY~2eiZhangGuo,~,peng(_衄妇ofwf0)Atr毗Ametl~a—b嘲pil】gmeIIl0d,Ⅶl1icI1岬b曰oulld htodetenffmer日∞e_吐ofquadrilateralelements presentedThemd-l0disn∞陀simplelpavingIT_et}-0din ~turearld_细inu目eitavoidsa∞8esimelcrIslⅥe目lelemellnt~laye~-Inthisp日per,II'e0fyofl|pn,tetl~is缸irred.Secondly,tw.忸amplesaregiven.AIl86t.;tsl~erfol'lnanceiBevuaKey,r凼:Finiteele~enlMee~hQI1ad同日-eIalH嘲ping作者荷彳r王世军,男,1967年出生,讲师.博士生.主要从事机械结掏的有限元分析爰同格捌分算{击的研究.(上接第71页)REC暇E圈睡:ED00N0FAMaI】.I℃H'sE】GAGEMENTGeAn//nGao咖.肺删(同of西)Ab喇AI1ewccmetl~ofhydrauliceyli~risput.ItcontroltI.ecydir?d盱speedbdiscretepr黜ise也pIcem咖.Theperformi~itufionAjIfr(A岫舢a0edmeclmi~tI】蛐日mis吕i0I.)vehicle'sclutchalwaysadop饵hya~alcylindBr.But mt~iollpIeE艘1bedbe血gectedl0manyfaete~inreBIily,has血ec0f胡'svi州arIdtI.ete帅force0fIIg,eIc.Itbr;di伍to.1heperimen出thattI.epmf~edmethodcanetI.eclutcher日IaHy~--eeisepeedarld删atv0ffaulttoler~.脚:Hy~ulieeyli~rHiglIswitchdec舡啊rmrcvalveSpeed∞rIⅡ0l作者苘彳r葛安林.男,1936年出生.吉林工业大学穰力机艟传动研究所所长,教授,博士生导师,主要从事自动变速理论与控制技术的研究.先后获国家,省部毅奖励lO余璃.发明专利6项,发表论文6o余篇。
Ansys 第七节 ICEM实例-棱柱体网格自动生成
– 确认 part定义正确
– 检查是否存在应属于一个part一些单元，却分散到其他part – 避免一些孤立单元的拉伸（会临近单元很可能破坏） – 修改不合适单元的par分配
9/9/05
ANSYS ICEMCFD V10
Inventory #002277 C4-4
金子塔型单元覆盖或替换
Ortho weight 正交权因子
– 节点移动权因子（0为提高三角形质量 ，1为提高棱柱正交性）
Fillet ratio 圆角比率
见下一页
9/9/05
ANSYS ICEMCFD V10
Inventory #002277 C4-8
高级选项 – 圆角比率Fillet Ratio
Fillet Ratio = 1.0
Inventory #002277 C4-9
高级选项 –最大棱柱角 Max Prism Angle
Max prism angle 最大棱柱角 – 控制弯曲附近或到邻近曲面棱柱层的生成 – 在棱柱网格停止的位置用金字塔连接形网格 – 通常设置为120º 到180º 范围内 – 这些需要经验. 如果只从一个 part拉伸而临近的part不执行拉伸操作, 并
ICEM CFD V10.0 Auto Volume Meshing Prism
棱柱体网格自动生成
棱柱网格划分
对于CFD应用来说，完全的四面体网格并不理想.
– 边界层条件需要几层棱柱单元 – 两种方式生成棱柱体网格 – Mesh -> Prism
• 邻近壁面几何生长棱柱层. 定义局部初始高度（如果必要）initial height, growth ratio
一种改进的高品质全四边形网格生成方法.
第5卷第1期2006年2月江南大学学报(自然科学版Journal of Southern Yangtze U niversity(N atural Science EditionVol.5No.1Feb.2006文章编号:1671-7147(200601-0070-04收稿日期:2004-12-07;修订日期:2005-02-21.基金项目:浙江省教育厅回国人员基金项目(113201-G 59990.作者简介:林胜良(1976-,男,浙江温州人,结构工程专业硕士研究生.3通讯联系人:张武(1964-,男,四川涪陵人,副教授,工学博士,硕士生导师.主要从事有限元等研究.Email :zhangwu @一种改进的高品质全四边形网格生成方法林胜良,方兴,张武3,王正光(浙江大学建筑工程学院,浙江杭州310027摘要:在网格生成诸方法中,铺路法自动化程度高、生成的单元质量好,是一种很值得研究的方法.但该方法步骤繁琐,且相交处理过程非常复杂,为了提高该方法的可靠性和适应性,文中作了一些改进,在删除一些繁琐操作的同时,加入了一些新的算法规则,采用边生成网格边进行相交判断的方法,一旦发现相交情况发生,立即终止网格生成而转入相交处理模块.最后给出了两个网格实例,证明了该改进方法的有效性.关键词:网格生成;四边形单元;铺路法中图分类号:TP 399文献标识码:AA Modif ied Method of G enerating Excellent Q uadrilateral MeshL IN Sheng 2liang ,FAN G Xing ,ZHAN G Wu 3,WAN G Zheng 2guang(Architecture and Civil Engineering Institute ,ZhejiangUniversity ,Hangzhou ,310027,ChinaAbstract :In t he met hods of mesh generation ,t he paving met hod is wort hy of st udying ,which possesses p roperties of high automatizatio n degree and generating excellent element.But t he p rocess is f ussy ,and t he course of intersection dispo sal is very complex.For enhancing t he reliability and applicability of t he met hod ,t his paper make some beneficial improvement.Removing so me f ussy operations ,and t he same time ,adding some new arit hmetic algorit hms.Adopting t he met hod of carrying t hrough intersection judgment while generating mesh.Terminating mesh generation immediately and switching to t he module of intersection dispo sal while finding intersection occuring.In t he end ,two examples are given to verify t he validity of t he modified met hod.K ey w ords :mesh generation ;quadrilateral element ;paving met hod网格剖分在有限元方法中占有非常重要的地位.随着有限元方法的广泛应用,网格剖分技术的研究也越来越受到重视.早期的研究主要集中在三角形网格的生成,但三角形网格的精度不高,在分析流体或受到震动时误差较大.于是出现了一些四边形单元生成方法,如三角形合并法、模板法、映射法、波前推进法、直接法等[1~5].铺路法[6]是由Ted D.Blacker 和Michael B.Step henson 两人提出的,这种方法生成的网格质量和灵活性要高于其他算法.作者研究了此方法后,将一排排生成单元改成一个个生成单元,这样相交处理就得到很大的简化,同时对光顺处理的算法作了一些改进,使处理后的网格更加均匀.最后给出了两个网格生成实例,验证了改进后方法的有效性.1算法原理1.1边界离散和节点分类1.1.1边界离散对边界离散时,外边界节点按逆时针顺序连接,内边界则按顺时针顺序连接,并且每条边界的节点数目必须为偶数.1.1.2节点分类为了阐述方便,先定义节点内角.节点内角是指节点N i与其所在边界上前一节点N i -1和后一节点N i +1所构成的夹角,方向为顺时针,不同类型的节点生成单元的方法也不同.根据节点的内角可以分成4种类型:①终止节点,α≤120°+δ;②边节点,120°+δ<α≤240°+δ;③角节点,240°+δ<α≤300°+δ;④转节点:α>300°+δ.其中,取5°<δ<10°.1.2网格单元的生成新节点的生成是以当前边界上N i -1,N i ,N i +1这3个节点为基础的.设节点N i 的内角为,d 1为节点N i -1到节点N i 的距离,d 2为节点N i 到N i +1的距离.1.2.1以边节点为基础的算法如图1,由N i -1、N i 、N i +1生成一个新节点N j ,同时这4个节点形成一个单元.矢量V 平分内角α,长度由下式定义V =d 1+d 22・sin (α/2(1图1边节点生成单元Fig.1Side node generate element1.2.2以角节点为基础的算法如图2,由N i-1、N i 、N i+1生成3个新节点N j 、N k 、N l ,同时形成2个单元.矢量V j 、V k 、V l 与N i-1N i 的夹角分别为α/3、α/2、2α/3,长度由下式定义V j=d 1+d 22・sin (α/3,V k=2V j ,V l=V j(21.2.3以转节点为基础的算法如图3,由N i-1、图2角节点生成单元Fig.2Corner node generate elementN i 、N i+1生成5个新节点N j 、N k 、N l 、N m 、N n ,同时形成3个单元.矢量V j 、V k 、V l 、V m 、V n 与N i-1N i 的夹角分别为α/4、3α/8、α/2、5α/8、3α/4,长度如下V j =d 1+d 22・sin (α/4,V k=2V j ,V l=V j ,V m=V k ,V n=V j(3图3转节点生成单元Fig.3R eversal node generate element1.3生成单元的特殊情况在生成单元时,有5种特殊情况需要考虑.这些特殊情况的共同点是所生成的新节点不在边界内部,这样便会有相交情况发生,但若将这几种情况单独考虑效果将会更好.如图4所示,N i N k 与原始几何边界相交.此时将节点N k 进行衰减处理,直至N i N k 不与边界相交为止,然后生成新单元,文中取衰减系数为0.5.图4重叠处理1Fig.4Overlap disposal 1如图5和图6所示,新生成的节点N k 不在浮动边界内部,此时不生成新节点,而是按照虚线所示生成单元.如图7和图8所示,此时是以第2个终止节点前的节点为基础生成新节点,按照图中虚线所示生成2个单元,之后要进行光顺处理和缝合检测.17第1期林胜良等:一种改进的高品质全四边形网格生成方法图5重叠处理2Fig.5Overlap disposal2图6重叠处理3 Fig.6Overlap disposal3图7重叠处理4Fig.7Overlap disposal 4图8重叠处理5Fig.8Overlap disposal 51.4光顺处理光顺处理是网格生成过程中最常用的操作,其目的是为了保证单元的尺寸和垂直度.光顺处理分为两步:首先,只对边界上的点进行处理,称之为边界光滑;其次,对边界附近的内部点进行处理,称之为内部光滑.1.4.1边界光滑V i 表示从原点到节点N i 的矢量.假定N i 与n 个单元相邻,V m j 、V m k 、V m l 分别表示从原点到第m 个单元中的节点N j 、N k 、N l 的矢量,这些节点为顺时针或者逆时针方向排序.V i ′表示从原点到光顺处理后N i 节点的矢量,则有V i ′=1n∑nm =1V m j+V ml -V mk (4如果节点N i 只与两个单元相邻,则应用式(5计算其位置变化.ΔB =V j -V i +(ΔA +V i -V j l Dl A(5图9对矢量V i j 的长度进行了修正.图10则对它的角度进行修正.向量P B 1平分P i-1和P i+1的夹角,向量P B 2平分P B 1和P i 的夹角.Q 点为N i-1、N i+1连线和P B 2的交点,记l Q 为N j 点到Q 点的距离,l D表示以N j 为基点按照式(1、(2或者(3计算的长度,则P B 2的长度定义如下:图9长度调整Fig.9Length adjustment图10角度调整Fig.10Angle adjustmentP B 2=l Q +l D2,l D >l Q 且α≤180°l D 其他(6角度修正后N i 点位置的变化量可由ΔC 给出ΔC =P B 2-P i(7对只与两个单元相邻的边界节点,其修正后最终位置的变化量由Δi 给出:Δi =ΔB +ΔC 2(8式(6中,在原铺路法的基础上加入了角度a 作为判断条件,其目的在于使生成的网格更加均匀.特别在内部边界为圆周,且向区域内部生成单元27江南大学学报(自然科学版第5卷时,可有效地避免单元被压缩的情况发生.1.4.2内部节点光滑边界光滑后即进行内部节点的光顺处理,采用最为典型的拉普拉斯修匀[7,8].P =14n ∑nm =1(P m j +P ml +2P m k =1s∑st =1P t (91.5相交处理在网格生成过程中,新形成的边界有可能会与它自己相交,也有可能与其它边界相交.文中采用的相交处理方法是将相交的边合并,见图11.图11相交处理Fig.11I ntersection disposal用铺砌法生成网格,必须保证边界的节点数为偶数,所以若新形成的边界节点数不为偶数时,则考虑与上一条或者下一条边合并,具体与哪一条合并应视两条边的距离和平行程度而定.由于本文是一个个单元生成,当发现新单元有相交情况发生时,立即进行相交处理,这样可使问题得到极大简化.2网格生成实例图12为生成的网格实例[9].网格生成时只需给出边界控制点及划分密度.图12网格生成实例Fig.12Example of mesh generation3结语在原铺路法的基础上作了改进,单元为一个个生成,边生成单元边进行相交判断,使相交处理得到简化;同时加入单元生成过程中重叠情况的处理,极大地提高了方法的适应性.另外,还改进了光顺处理算法,使生成的单元更均匀,给出的实例证明了网格单元的质量较高,有很好的应用价值.参考文献:[1]K Ho ΟLe.Finite element mesh generatio n methods :A review and classification [J ].C omputer Aided Design ,1988,20:27-38.[2]张建华,叶尚辉.有限元网格自动生成典型方法及发展方向[J ].计算机辅助设计与制造,1996,(2:28-31.[3]李华,李笑天,陈耿东,等.一种全四边形网格生成方法———改进模板法[J ].计算力学学报,2002,19(1:16-19.[4]Zhu J Z ,Zienkiewicz O C ,Hinton E ,et al.A new approach to the development of automatic quadrilateralmesh generation[J ].Int.J.for Numer.Meth in Eng ,1991,32:849-866.[5]Bruce P Johnston.Automatic conversion of triangular finite element meshes to quadrilateral elements[J ].I J NM E ,1991,31:67-84.[6]Ted D Blacker ,Michael B Stephenson.Paving :A new approach to automated quadrilateral mesh generation [J ].International Journal for Numerical Methods in Engineering ,1991,32:811-847.[7]罗特军,罗季军,汪榴.有限元网格优化方法[J ].四川联合大学学报:工程科学版,1999,3(3:65-72.[8]Herrman n L R .Laplacian Οisoparametric grid generationscheme[J ].J.Eng.Mech.Div.ASCE ,1976,102:749-756.[9]孙家广,杨长贵.计算机图形学[M ].北京:清华大学出版社,1998.(责任编辑:彭守敏37第1期林胜良等:一种改进的高品质全四边形网格生成方法。
最新COMSOL网格剖分详细介绍20111013
“第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件”COMSOL Multiphysics V4.x操作手册丛书网格剖分用户指南中仿科技公司(CnTech Co., Ltd.)2010年10月前言COMSOL Multiphysics是一款大型的高级数值仿真软件，由瑞典的COMSOL公司开发，广泛应用于各个领域的科学研究以及工程计算，被当今世界科学家誉为“第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件”，适用于模拟科学和工程领域的各种物理过程。
作为一款大型的高级数值仿真软件，COMSOL Multiphysics以有限元法为基础，通过求解偏微分方程（单场）或偏微分方程组（多场）来实现真实物理现象的仿真。
COMSOL Multiphysics以高效的计算性能和杰出的多场直接耦合分析能力实现了任意多物理场的高度精确的数值仿真，在全球领先的数值仿真领域里广泛应用于声学、生物科学、化学反应、电磁学、流体动力学、燃料电池、地球科学、热传导、微系统、微波工程、光学、光子学、多孔介质、量子力学、射频、半导体、结构力学、传动现象、波的传播等领域得到了广泛的应用。
在全球各著名高校，COMSOL Multiphysics已经成为讲授有限元方法以及多物理场耦合分析的标准工具；在全球500强企业中，COMSOL Multiphysics被视作提升核心竞争力，增强创新能力，加速研发的重要工具。
COMSOL Multiphysics多次被NASA技术杂志选为“本年度最佳上榜产品”，NASA技术杂志主编点评到，“当选为NASA科学家所选出的年度最佳CAE产品的优胜者，表明COMSOL Multiphysics是对工程领域最有价值和意义的产品”。
COMSOL Multiphysics 提供大量预定义的物理应用模式，涵盖声学、化工、流体流动、热传导、结构力学、电磁分析等多种物理场，模型中的材料属性、源项、以及边界条件等都可以是常数、任意变量的函数、逻辑表达式、或者直接是一个代表实测数据的插值函数等。
Ansys 第六节 ICEM实例-四面体网格生成
ValveNatural 阀
ICEM CFD 10.0
打开工程
• • • • • 打开原先创建的工程
– ValveParams.prj
#1
Workshop
#2
原先的相关设定及文件将随工程一起载入 不载入网格Unload the mesh
– File -> Mesh -Байду номын сангаас Close Mesh
– – – – – – –
#4
#5
#6
根据这些设定，只要最小尺寸大于1，用至少12个单元描述任何孔hole特征，用3 个单元跨越缝隙gap
#7
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ANSYS ICEMCFD V10
Inventory #002277 C3-3
四面体网格划分
#1
Workshop
#2
基于几何划分四面体网格
– –
#3
Mesh -> Volume Meshing -> Tetra -> From geometry Press Apply 选择Yes to run with autosizing File -> Save Project as -> ValveNatural
– –
保存工程
#4
在近阀处，3 Cells in gap leads to refinement
9/9/05 ANSYS ICEMCFD V10 Inventory #002277 C3-4
剖面视图Cutplane
剖面视图
– – – 鼠标右击模型树Mesh ，激活Cut plane 调节 Fraction Value 为 0.875 并显示视 图 激活 Volumes 体网格可见
四面体网格-线性静态分析方法
附图
1
2
查看 应力
四面体单元∙线性静态分析
软 软件介绍
前处理：Hypermesh
主要用于几何清理、网格划分等前处理工作。
求解器：Radioss （BulkData）
主要用于求解计算，得到最终的（ 主要用于求解计算 得到最终的（BulkData是线性求解器， 是线性求解器 除此之外Block…均为非线性求解器）。
附图
13
设置 约束
14
设置 工况
到此为止Model中应具有这几项内容：
如果缺少需要再建立。
求解计算
步骤 操作
使用Analysis面板中的Radioss命 令进行求解建立计算文档保存 路径（注意此软件使用的所有路 径均不能含有中文字符）点击 Radioss即可进行计算弹出计算 窗口无错误且计算成功完成。 求解 计算 如需查看模型信息及计算过程信 息，可在Analysis面板的control 息，可在 y 面板的 cards中选择SCREEN卡片设置为 out即可。 若由于网格质量问题无法计算， 可在A l i 面板的 t l 可在Analysis面板的control cards中选择PARAM卡片勾选 CHECKEL设置为NO重新计算即 可 可。
5
几何 清理
序号 步骤
操作
先划分二维网格，再生成体网格： 格 格 ①创建二维网格的存储“盒子”： 在左侧Model空白处点击右键Create Component（可命名为2D） （可命名为 ）Create； ②在此“盒子”中创建二维三角形网格： 快捷键F12选择所有面设置网格大小 选择网格类型（三角形网格）设置elems to current comp点击mesh（density选项可 调整网格的疏密程度）无需调整选择return； ③将之前的Component置于现在的对象： 在Model中选择对应Component点击右键选择 Make Current（盒子名称会加粗显示）； ④生成三维网格： 在3D面板中选择tetramesh使用tetra mesh选择部件选择要配合的二维网格 meshreturn； ⑤删除2D Component： 选中盒子点击右键Delet完成。
D1-六面体网格生成V10
D1-10
分块过程 – 在几何体上移动块顶点
移动顶点以更好的表现几何体的形状 – 所有显示的顶点可以立刻投影到 几何体 – 可以单独在几何体上移动它们 – 可以一次移动多个 – 沿着固定平面或线/矢量移动
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ANSYS ICEMCFD V10
Inventory #002277
D1-11
Moving Vertices of Different Associations
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ANSYS ICEMCFD V10
Inventory #002277
D1-24
比例缩放 O-Grids
在创建过程中或创建后，O-grids 可以改变尺寸 – 缺省情况下O-grid尺寸设置为使网格扭曲最小 – 实际上，通过设定选择的边，你可以缩放所有平行 的O-grid边 – 选定的边赋予的factor为1 – 数字 < 1 将收缩边因此创建一个更大的内部块
D1-26
3D Pipe Junction 指南
Finish 3D Pipe Workshop, Capture the Rod and Add O-Block
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ANSYS ICEMCFD V10
Inventory #002277
D1-27
索引控制
所有块和顶点通过全局索引（index）表定义 – 初始块包含 i,j,k 索引， 并与全局直角坐标系 x,y,z,对齐 – 通过分割创建的子块维持这个方向 – O-grids 不符合这个方向, 因此每个 O-grid 创建一个新的索引方向(O3, O4, etc…) – 顶点索引通过 Vertices -> Indices显示
5 blocks in 2D
【doc】平面任意区域四边形网格自动生成的一种方法
平面任意区域四边形网格自动生成的一种方法第10卷第5期1998年9月计算机辅助设计与图形学J.CAD&CGV o1.10.No.5Sep..1998Z～平面任意区域四边形网格自动生成的一种方法/V顾元宪马正阳关振群0矗豇垦工夭学f茬豸大连l1∞24)弋,7Z摘要在改进节点连接法的基础上,提出了一种平面任意区域的有限元同格仝自动剖分方法.既能快速生成四边开j单元同格,也能生成三角形单元网格}而且可很好地控制单元的质量,特别是边界单元的质量;同时可以是活地进行局部同格加密关键词鬯,乏堡中图分类号TP391边形单元网格C AMETHODOFAUTOMATICGENERATIONOFQUADRILATERAL—ELEMENTMESHESONARBITRARYPLANEDOMAIN GUYuan—XianMAZheng——Y angGUANZhen——Qun(DepartmentofEngineeringMechanws?Dah'anunawrsityTechnfogy,Dalian116024~ AbstractAnewmethodforautomaticgenerationoffiniteelementmeshesonarbi—trary2Ddomainisproposedherebymeansofimprovingthenode—connectionmethod. Themethodcangeneratequadrilateral—elementmeshesaswellastriangular—element mesheseffectively+Thequalityofmeshes,particularlyofelementsONboundaties.can bewellcontrolled,andthelocalmeshescanberefinedeasily. Keywordsmeshgeneration.finiteelement.quadrilateralelement1引言有限元方法在应用中的一个主要困难是建立有限元模型,即剖分有限元网格,建立计算模型需耗费很大的工作量.NN~F4快速地剖分高质量的有限元网格是一个重要的研199791?07收稿r1997—04—20收到修改穑.本文得副杰出青年科学基金和国家自然科学基盎资助.嗣元宪.1954年7月生t教授,博士生导师t主要研究方向为结构优他,有限元方法及前后处理,科学计算可视他,计算工程软件马正阳t碗士研究生,主要研究方向为有限元阿格剖分,CAD软件.关振群,讲师,主要研究方向为CAD,计算工程软伴5期顾元宪等:平面任意区域四边形网格自动生成的一种方法433究课题,学者们已提出了许多网格自动生成的算法.在众多的网格生成算法中,三角形网格的自动生成算法最为成熟,如三角化方法" 等.但在有限元分析中三角形单元的精度低,为了满足精度分析的需要,又出现了一些直接生成四边形单元网格的算法.如四分法,铺路法:,以及中轴线法等.这些方法可直接生成质量较高的四边形单元网格,但算法比较复杂.还有一种较为简单易行的方法,是将已有的三角形单元网络通过每两个三角形的合并来得到四边形单元网格.如波前法.这种方法一方面存在着算法的复杂性问题,如在网格的生成过程中需不断地生成新的波前序列;另一方面网格的质量缺乏保证,因为两个质量较好的三角形单元合并而成的四边形单元质量并不一定好.本文提出一种自动生成三角形网格并转化为四边形网格的算法.由于在三角形网格生成时就考虑了合并后四边形网格的质量,围此不但可快速生成高质量的三角形网格,而且最终能生成高质量的四边形网格.整个算法分为布点,三角形网格生成,四边形网格生成三个部分.首先根据网格密度(亦即单元大sb)及分布的要求在边界与平面域内生成有限元网格的节点,然后将这些节点相互联接形成三角形单元.由于布点算法十分简单,同时节点分布规则,围而在生成三角形单元时可避免过多的相交判断,速度很快.在三角形单元生成后,一方面可通过光顺来得到高质量的三角形网格.另一方面,可将三角形单元两两合并来得到四边形单元.同样由于布点的规则性,大部分的相邻三角形单元合并后可得到一个近似于矩形的四边形单元,这就使生成的四边形网格具有较高的质量.另外本文还提供了一种新的数据结构来实现节点一单元关系的快速查寻,从而大大提高了网格的生成速度.由于上述算法三个部分的相互独立性,其中任一部分的改动都不会影响其它部分.因此,可以通过布点算法来实现加密,也可直接处理用任何其他方法生成的三角形网格来生成四边形网格.2任意平面域内的布点算法文献[6]提出一种简单的布点算法,它采用一组平行线与平面域的内外边界相交,在域内截取的部分平行线上均匀插入节点,布点的间隔与单元的平均大小相同,这样就在平面域内得到均匀分布的节点.这种方法对于与坐标轴垂直或平行的边界无疑效果很好,最终生成的边界单元形状接近于矩形,可以很好地拟合边界.但对于曲线边界,就会造成三角形边界单元大小不一,合并而成的四边形单元质量也不高.而边界单元的质量直接影响有限元分析的精度,因而保证边界单元的质量是至关重要的.本文改进了文献E6]的布点算法,使边界单元的形状接近于矩形,从而改善了边界外网格的质量.具体做法如下:(1)先沿平面域的内外边界进行布点,这些节点构成一组新的内外边界,然后把这组新的内外边界作为文献[6]方法中的内外边界进行布点.沿内外边界进行布点时,要根据边界折线的夹角来确定插入节点的方式和位置.从图1所示生成的四边形网格可以看出,用本文的布点算法形成的四边形网格在边界处的质量大大地提高了.计算机辅助设计与图形学)文献[6]的布点算法(6)本文改进的布点算法图1两种不同布点方式生成四边形网格的比较(2)用非均匀布点的方法实现对边界及其邻近区域的网格加密.根据网格加密的要求,通过边界点的非均匀分布来实现对某个区域的加密.具体做法是在沿边界布点时,布点数量及间距由边界点的间距决定,即边界点越密,布点数越多,附近区域的网格也越密.其网格生成实例可见图l】(c),(d).3三角形单元网格的生成本文算法采用逐点生成单元的方法,让每个点与周围其它点相互联接生成三角形单元.该方法充分利用了节点分布的规则性,生成单元时只要不与其周围局部范围内的单元相交就是有效单元,这样就大大减小了单元生成时的判断次数,提高了计算速度.3.1单元生成算法(1)取一节点为基点A(2)取与此节点最近的一点为第2点B;(3)找出在AB左侧与AB最近的3点7',7',7';;(4)在三点中取一个能与AB点组成质量较好且有效的三角形单元的点,记为C,如图2中的T:点;(5)如果ABC三点已经组成单元,贝9转(6);否则,在单元表中插入由ABC三点组成的一个新单元后转(6);(6)将C点做为新的B点,如果新的B点与初始的B点重合,则退出;否贝9转(3); 至此,一个点周围的单元全部形成完毕如图3,可转至下一个节点重复上述算法.直到遍历所有的节点,这样平面域就被全部剖分为三角形单元.B图2从,z,s中选取最好的单元ABT.图3在基点周围形成单元5期顾元宪等平面任意区域四边形网格自动生成的一种方法3.2三角形单元质量和有效性的判断三角形的质量可以用一个参数a来表示,一,a的取值是一个经验值,本文推荐的a值是≥0.1.几种典型三角形的值如图4.△图4几种典型三角形的值三角形单元的有效性是指生成的单元不与已有的单元相交.由于节点的规贝9性,只要判断ABC组成的单元不与A,B,T,,T相邻的单元相交,即可确定ABC是有效的单元3.3单元查找算法在三角形有效性判断以及后面要提到的光~N(SMOOTH)处理中,都要大量地使用以下几个查找算法:(1)查询与一点相连的所有单元号;(2)查询与一点相连的所有节点号;(3)查询与一个单元相连的所有单元号.其中算法(1)是最基本的,其它两种算法可由它来导出.这几种算法都是比较费时间的,因而也是决定网格生成速度的主要因素.本文提供了一种节点一单元邻接链表的数据结构来实现快速查询算法.以三角形单元为例.首先建立三个数组:Element[1..Nelem][1..3]存储已生成的单元的节点号;Nelem为已生成单元数;Einfo[1.Nelem][1…3]是一个初值为0的空数组,其每个元素位置与Element数组一一对应;Ninfo[1..Nnode]是一个初值为0的空数组,Nnode为总的节点数.Ninfo与Einfo组成一个节点一单元邻接关系链表.当一个新的单元形成后,设其单元号为E,三个节点为N(1,3).将三个节点号依次存入Element数组中,如果此时Ninfo[N~]值为0,则将E填入Ninfo[N,]中;如果此时Ninfo[N,]值不为0,则先将Ninfo[M]值填入Einfo[E][i]中.再将E填入Ninfo[N]中. 这样当所有的单元都形成后就可以得到完整的节点一单元邻接关系链表.欲查询与一个节点N相连的单元号时,先查找Ninfo[Ⅳ]中的值,此值即为与节点Ⅳ相连的第一个单元号,记为E1.然后在查找Ⅳ在Element[E1]E1..3]中的位置,设其为i(1一<<一3),此时查找Einfo[E1]l]中的值.此值即为与节点Ⅳ相连的第二个单元号E2.再重复E1的过程,直到目的值为0时则查找结束.下面给出节点一单元邻接关系链表形成及查询与一节点相连的所有单元号的C语言算法:(1)节点一单元邻接关系链表形成算法(2)查询与一节点相连的单元算法设新形成的单元号为E设节点号为Ⅳfor(/j1"<一3;++)E=NionfoEN]fwhile(El—O)Ⅳ.;Ele㈣t[E][]{if(Ninfo[N.3-0)printf(,E);计算机辅助设计与图形学(for(一1,f<一3;++)Ninfor[N~]--E}{}if(ElementEElJrf]一一)elsebreak;{)Ei~o[E][i]--Ninfo[M];E--Einfo[E]Ei]}Ninfo[N.]一E1))}由上述算法看出在生成单元的过程中可以很方便地建立这种节点一单元邻接链表数据结构,从而在查询节点与单元相互关系时用info与Einfo的链接关系代替了与所有单元节点号的比较,因此可显着地提高查询速度.由图5所示的单元节点关系得到的节点一单元邻接链表数据结构如下:单元号4E]ementl23l3451461621Einf0Ninfo节点号0001l00220334l452345圆图5节点1周围单元图6三角形单元的光顺处理图7四边形单元的光J匝处理3.4光顺处理如果需要生成三角形网格,在所有的三角形单元都生成后,可对全部单元进行光顺处理以提高网格质量.光顺处理就是对每一节点的位置根据其周围节点的位置进行调整,以期得到形状较好的三角形网格.如图6中'是节点^光顺后的新位置.这里我们采用拉普拉斯算法,见式(1),其中Ⅳ.为与点相连的所有节点.由于采用了 2.3节中的查找算法,使光顺处理的速度大大提高了..X一1∑X,,=∑(1)…H—l…Hl如果要生成四边形单元网格,这一步可以省略,因为对于一些形状不好的三角形单元5期顾元宪等:平面任意区域四边形网格自动生成的一种方法在合并后可能生成一个质量较好的四边形单元,尤其对于上述方法生成的三角形网格更是如此.4四边形单元网格的生成本文采用的四边形网格生成算法是基于一个三角形单元网格,将三角形单元逐个与其相邻的单元进行最优合并.这样一来合并的过程就与三角形网格的形成方式无关,因而可以适用于任何方法生成的三角形阿格.4.1单元生成算法由于一个三角形单元最多可以与3个三角形相邻,所在存在三种合并成四边形单元的可能,因此要选择一个最优的合并方式,使合并后的四边形单元形状最接近于矩形.由于前述方法布点的规则性,使三种合并方式中必然只有一个最接近于矩形,因此可以用最简单的内角判断来选择最佳的合并方式.即让四边形的4个内角大小控制在45.一135.之间.此外,还要处理下面的问题:(1)优先合并单元:在三角形阿格边界处存在着一些只有一个相邻单元的单元,我们把这些单元列入优先合并的单元,首先加以处理,以尽量减少后文所述的"孤岛三角形"的数量.注意在每合并一个四边形单元后,都有可能产生新的需优先合并的单元,因此要时刻判断并找出有无新的优先合并的单元,如有,应优先处理,如图8.优先台并单元腰由于^研Ⅱ且D合并后新形成的优先台并单元c凸EECF从与删日邻的三个单元中选择最好的进行台并图8四边形单元的生成(2)孤岛三角形单元:在合并的过程中,一些三角形单元周围的相邻单元都已被合并,或是周围的相邻单元都不能组成质量较好的四边形单元,这样的三角形单元称为"孤岛三角形".在所有能合并的单元都合并完后,在"孤岛三角形"内部插入一个新的节点.使其形成3个四边形单元;而其它四边形单元也要相应地分为4个四边形单元,以保证全部为四边形单元,如图9.(3)生成单元的数量:由于对孤岛三角形单元的处理,使生成单元的数量比预计的要.多一倍.为了避免这种问题,在生成三角形阿格时采用的边界点是间隔的实际边界点.如图9中的A点,当合并完三角形单元,进行单元细分处理时,边界上的单元细分要使用先吁雷图9孤岛三角形的处理计算机辅助设计与图形学前未使用的边界点(如图9中的a点)来作为插入的新节点.这样就保证了边界单元很好的拟合于原来的边界,同时降低了生成网格的密度.可以对整个理与三角形Einf0的维图10一…定警晶采用公式其中1兰1三x一(x+x一+2X一),Y(y+y4-2Y)(2)4.3四边形单元质量的判定文献[7]用参数D表示四边形单元的质量,见式(3),4个顶点n,b,c,d如图lO所示. O≤D≤1.0,当四边形abcd为正方形时D=1.0,当四边形abcd有3个以上的点在一条直线上时D一0.D值越大,单元质量越好,D的平均值可表示所有单元的平均质量.在图11所示阿格剖分实例中,给出了单元质量参数D的平均值和最小值D….其中最小的D值为0.705,表明单元质量是好的.露c)方孔边局部加密,D一0.825,D～=0762(d)凹点附近局部加密.=0846,Dm.=0.789 图11几个阿格生成实倒5期顾元宪等:平面任意区域四边形阿格自动生成的一种方法4395结论和展望本文给出的算法,经实例验证可以自动生成较高质量的四边形或三角形单元网格.其优点是方法简单,运算速度快,边界区域的单元质量好,便于局部丽格加密,适台于任意复杂形状的平面区域.三角形丽格生成的节点连接法可以推广到三维实体区域,用以自动生成四面体单元网格.参考文献lCavendishJC.Automatictriangu]atJonoarbitraryplanardomainsforthefiniteelementmet hod.Int盯【Ld0阻lJournalOrNumer~a1MethodsinEngineeringt1974,8|679—6982SbepardMS,Y erryMA.ApproachingtheautomaticgenerationoffinitedementmeshComp uterMechanicalEngineering,1983—1:49—563BlackerT.StephensonMB.Pavir~iAnewapproachtoautomaticalquadrilateralmeshgener ation.In々er【Ⅲti0【Ⅲl JournalforNumerlcMMethodsinEngineering,1991,32:811--8474TamTKH,ArmstrongOG.2Dfilfiteelementmeshgenerationbymedlaraidsubdivision.Ad vanceEngineeringSoftware,1991,13;313—3245ZhuJZ,ela1.Anewapproachtothedevelopmentofautomaticquadrilateralme*hgeneratio n.Inter~tiona]Jour-halforNumerica]MethodsinEngineering一1991,32:849—8666LoSH,AnewmehgenerationschedulearbitraryptanardomainstIntJNumerlcolMethodsi nEnginerring,l985,21:1403—14267李华.平面曲面区域的四边形阿格自动剖分[博士学位论文].大连;大连理工大学工程力学系,1995。
平面任意区域四边形网格自动生成的一种方法
平面任意区域四边形网格自动生成的一种方法
顾元宪;马正阳
【期刊名称】《计算机辅助设计与图形学学报》
【年(卷),期】1998(010)005
【摘要】在改进节点连接法的基础上，提出了一种平面任意区域的有限元网格全自动剖分方法，既能快速生成四边形单元网格，也能生成三角形单元网格；【总页数】8页(P432-439)
【作者】顾元宪;马正阳
【作者单位】大连理工大学工程力学系;大连理工大学工程力学系
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.72
【相关文献】
1.一种平面区域四边形网格生成方法 [J], 但文蛟;张平;胡树根;王耘
2.一种平面区域四边形网格生成方法 [J], 但文蛟;张平;胡树根;王耘
3.任意平面区域三角形网格的全自动生成算法 [J], 张修忠;金生
4.任意平面区域的变密度四边形网格生成方法 [J], 杨晓东;申长雨;陈静波;刘春太
5.任意四边形网格上解辐射输运方程的一种数值方法 [J], 冯庭桂
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设置表面/曲线网格参数
– Maximum element size/Element size • 基于边的长度 • 在表面或曲线上 • 需要乘以 Scale Factor
– Number of Nodes • 仅仅曲线时的参数 • 沿曲线的节点数
– Height • 面上体网格的高 • 仅适用于六面体/三棱柱
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C1-6
全局网格参数
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全局网格参数
– Mesh -> Set Global Mesh Size -> General Parameters
– Scale Factor • 乘以其他参数得到实际网格参数 • 例子: – 输入 Maximum size set to 4 units – Scale factor 设为 3.5 – 实际 max element size; 4 x 3.5 = 14.0 units • 改变了全局的网格尺寸（体、表面、线）
• Centroid of 2 points – 选用两点中间点定义 – 首选的
• At specified point – 用指定点定义材料点区域
– By Topology • 通过封闭表面定义体区域 • 首先必须创建拓扑结构
• Entire model – 自动定义所有封闭区域
• Selected surfaces – 用户选择能封闭的表面
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自动四面体网格划分 Tetra
Octree 方法
大多数四面体网格生成器 – 首先生成三角形网格
• 面到面处理
– 需要处理每一个表面
• 困难
– 细长表面, – 缺陷表面的参数化 – 缝隙
– 完成表面网格后
• 基于面网格生成体网格
网格细节
面网格
几何
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C1-8
局部网格控制
用Parts设置网格参数
– “所有Part列在表中Spreadsheet” – 能快速方便设置Part的网格参数 – 网格参数位于列中 – Part 列于行中 – 所有 Part 中的对象都能获得该参数值
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长条几何忽略
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C1-3
使用点和线
引入几何模型
• 曲线和点包括 • 网格参数在面和线上设置
捕捉了网格细节
• •
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不包括点和线 仅在表面设定网格大小
粗化的网格忽略了几何细节
• 曲线和点影响网格捕 捉几何的能力!
• 创建拓扑 能容易地 捕捉几何的特征线与 点
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C1-10
Octree 四面体网格划分
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Mesh -> Mesh Volume -> Tetra -> From Geometry
– 能自动划分网格
– Smooth mesh
• 完成初始网格后自动光滑网格以提高质量
– 粗化网格Coarsen mesh
• 设置全局、表面和线段的网格参数
– 注意网格数量信息
几何修复工具能快速 找到问题并予以解决
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丢失入口面
高亮黄边显示洞的存在
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C1-5
体/材料点
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体区域 – 选项
• 复杂几何推荐使用 – Geometry -> Create Body – 两种材料点定义方法
– 要单独设定面或线的参数，
– 可先选Surface 或 Curve Mesh Size，再使用Part选择
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C1-9
设置网格尺寸
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Create Mesh Density – 用一定大小的网格填充体区域,例如. 在机翼尾迹设定这样 的区域 – 无实际几何!(例如圆柱)
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C1-2
Octree 方法
ICEM Tetra 使用 独立于几何小面的 Octree 方法 – 体网格
• 首先生成独立的几何模型 • 网格调整、映射到表面、线和点上 • 产生表面网格
– 网格与几何表面的不关联
• 不是表面上所有的边需要捕捉
网格细节
几何
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网格
– Smooth transition
• 用 Delauney 算法重新填充体网格 – 同 Mesh Tet -> From Surface Mesh
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Octree 划分对几何的要求
• 需要封闭的几何模型
– 实体方式显示几何表面
• 查找丢失的面 • 查找洞和缝隙
– 四面体能容忍小于当地网格尺寸的缝 隙
• 推荐捕捉几何的特征线和点
• 推荐定义区域的材料点
– 对于简单的几何，四面体网格生成器 能够自动生成物质点
–பைடு நூலகம்Global Element Seed Size
• 与 Scale factor相乘
• 模型中最大可能的网格大小
• 可以设置任意大的值
– 实际网格很可能达不到那么大
MAX
– 复选Display
• 显示体网格的大小示意
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C1-7
局部网格控制
– Height Ratio • 六面体/三棱柱层的增长率
– Number of layers • 均匀的四面体增长层数或三棱柱增长层数 • 大小由表面参数确定
– Tetra Size Ratio • 四面体平均生长率
– Minimum Size • 表面最小的四面体 • 自动细分的限制
– Maximum Deviation • 表面 三角形中心到表面的距离小于设定值，就停止细分
• 网格节点不限制在密度盒表面 • 可以与几何表面相交
– 在密度盒内创建密度盒 – 设置Size
• 需要乘以比例因子Scale Factor • Ratio 网格生长比率 • Width 密度盒内填充网格的层数
– 类型Type
• Points – 用2-8个 位置的点（2点为圆柱状）
• Entity bounds – 用选择对象的边界作密度盒