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适用于邻近几何特征的非结构面网格生成方法

Adaptive Unstructured Surface Mesh Generation Method for Arbitrary Geometry with Proximity Features
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摘要 自主仿真分析是亟待解决的难题,其中网格划分用时占据了前处理过程的73%,网格划分仍是整个数值模拟过程中的主要技术瓶颈.为此,提出一种适用于邻近几何特征的非结构面网格生成方法.该方法根据网格尺寸、边曲率、面曲率等几何参数进行网格自适应细分,采用穿插法和最近距离法等对网格节点进行实体边界拟合;为了有效地构建核心锯齿状网格,提出一种快速求解网格拓扑元素与实体模型边界相交的方法;对于具有邻近几何特征的复杂实体模型(如疲劳裂纹扩展分析模型),提出基于邻近几何特征通用模板的高质量实体边界拟合方法,解决了传统“由外向内”栅格法的实体边界拟合难题.选取工程中典型零件(如扳手、齿轮、含V型口裂纹的构件及带裂纹的焊接结构件等)作为算例,通过计算三角形网格质量因子α和四边形网格质量因子β等几何准则评估网格质量,结果表明,所提方法可将具有邻近特征的实体模型进行以四边形为主的网格划分,生成网格有单元质量高、区域关键特征表达准确等特点,并已成功地应用于具有国产自主研发仿真内核的5aCAE软件中. Automatic simulation is an urgent challenge to be solved.For complex geometries,73 percent of the total available CPU time is spent on mesh generation,which is still a bottleneck in the preprocessing module.Therefore,an unstructured mesh generation algorithm for arbitrary geometry with proximity features is presented.The refinement field is constructed according to mesh size,boundary curvature,surface curvatures and other ge-ometry features.The geometry fitting techniques and the nearest distance methods are adopted to approximate the solid boundary of the mesh nodes.In order to effectively construct the core jagged mesh,a fast intersection algo-rithm is established to solve the intersection of mesh topology elements with the solid model boundary,which improves the efficiency of intersection calculation.For complex entities with proximity features,such as the models used in analysis of fatigue crack growth,a new type of proximity feature template is proposed,which successfully solves the problem of entity boundary fitting of the traditional out-side-in mesh method.Numerical examples show that the proposed method can perform quadrilateral-based meshing for solid models with prox-imity features,and the generated mesh has the characteristics of high cell quality and accurate expression of key features in the region.And the research findings have been seamlessly integrated into the domestically-produced and highly-autonomous 5aCAE software.
作者 王吉康 池宝涛 王富顺 郭前建 袁伟 贾志超 Wang Jikang;Chi Baotao;Wang Fushun;Guo Qianjian;Yuan Wei;Jia Zhichao(School of Mechanical Engineering,Shandong University of Technology,Zibo 255000;Shandong Luoxiang Automobile Manufacturing Postdoctoral Research Institute,Linyi 276211)
出处 《计算机辅助设计与图形学学报》 北大核心 2025年第7期1180-1191,共12页 Journal of Computer-Aided Design & Computer Graphics
基金 国家自然科学基金(12202251) 中国博士后科学基金面上项目(2021M702024,2022M712393) 山东省自然科学基金(ZR2024QE073,ZR2022ME122) 山东省科技型中小型企业创新能力提升工程(2024TSGC0858) 山东省青创团队项目(2024KJH026) 泰山产业领军人才工程.
关键词 栅格法 邻近几何特征 非结构网格 迭代算法 网格质量优化 grid-based method proximity geometric features unstructured mesh iterative algorithm mesh qual-ity optimization
作者简介 王吉康(1999-),男,硕士研究生,主要研究方向为网格划分;通信作者:池宝涛(1991-),男,博士,副教授,硕士生导师,主要研究方向为计算力学、网格划分、工业CAE软件研发,baotaochi@sdut.edu.cn;王富顺(1999-),男,硕士研究生,主要研究方向为计算力学、CAD/CAE一体化;郭前建(1979-),男,博士,教授,主要研究方向为传热传质、超精密加工工艺与装备;袁伟(1983-),男,博士,副教授,主要研究方向为工程摩擦学、机械结构设计、超精密光整加工;贾志超(1998-),男,硕士研究生,主要研究方向为数值计算方法、计算力学.
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