收藏本站
《大连理工大学》 2004年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

非结构化自适应有限元网格生成的AFT方法

宋超  
【摘要】:有限单元法是适应计算机使用而发展起来的一种有效的数值分析方法,它在工程实践中的作用已从分析校核扩展到优化设计,并且通过与计算机辅助设计(CAD)相结合成为计算机辅助工程(CAE)的重要组成部分。随着工程实践问题的复杂程度不断增加,集有限单元法和误差分析方法于一体的自适应有限单元法的应用不断普及。生成反映结构物理特征和几何特征的自适应有限元网格是应用自适应有限单元法的必要环节。 本文研究、改进和实现了非结构化自适应有限元网格自动生成的AFT方法(Advancing Front Technique)。 首先,提出按层推进方法和背后原理改进了AFT方法。通过引入活跃前沿和非活跃前沿的概念对前沿进行分类,实现AFT方法从区域边界向内部按层推进生成单元,提高了区域边界处单元的质量,克服了传统AFT方法采用最小前沿优先原则生成单元时存在的区域边界处单元分布不规则,质量不高的问题。通过引入背后原理,对局部有效前沿加以识别,过滤无关前沿,对AFT方法生成单元过程加以控制,将AFT方法应用于含有内部特征的结构的有限元网格生成中。 其次,解决了AFT方法应用在三维实体四面体单元有限元网格生成中存在的单元尺寸函数定义、单元合法条件检查、前沿数据管理和内核多面体三角剖分四个关键问题。针对单元尺寸函数定义问题,提出基于邻接前沿搜索的局部自主单元尺寸计算方法;针对前沿数据管理问题,提出vector、map、multimap和KDTree联合操作的数据结构,将AFT方法的计算效率提高5—7倍:针对内核多面体的三角剖分问题,提出线性规划和非线性优化模型两个数学模型,保证了Schoenhardt多面体及其变形体三角剖分解的存在。 最后,将改进AFT方法和背景网格法相结合,提出了可应用于二维平面和三维实体自适应有限元网格生成的方法。提出利用结构化栅格管理背景网格的改进背景网格法,解决了背景网格法存在的节点定位和尺寸计算问题,提高了背景网格法计算效率,保证了利用AFT方法生成自适应有限元网格时单元尺寸计算的速度。 本文研究和提出的方法,已经在有限元应用软件系统中实现,并且部分内容在科研课题和实际工程中应用。 论文各章节内容安排如下: 第1章简述了本文的研究内容、课题背景、研究意义以及研究工作的基本框架。 第2章综述了有限元网格生成方法的国内外研究现状。按照通用的结构化有限元网格生成方法、通用的非结构化有限元网格生成方法、空间曲面有限元网格生成方法、六面体网格生成方法和自适应有限元网格生成方法五个分类,对有限元网格生成方法进行了综述。 第3章提出按层推进方法和背后原理对AFT方法进行改进和控制。通过引入活跃前 大连理工大学博士学位论文 沿和非活跃前沿的概念,生成单元时从区域边界向内部按层推进,克服了传统AFT方法 采用最小前沿优先原则生成单元时区域边界处单元质量不高的问题。提出背后原理对 AFT方法生成单元的过程加以控制,实现采用AFT方法进行包含内部特征(裂纹,符 合材料,特定信息)的结构的有限元网格生成。 第4章研究了AFT方法实现中的单元检查方法和单元尺寸计算方法。在AFT方法 实现中,对新生成单元的检查是关键过程。单元检查包括单元合法条件的检查,单元质 量条件检查和单元尺寸检查。提出根据邻接前沿尺寸计算新生成单元尺寸的方法,可以 在不指定尺寸控制源和尺寸函数的情况下自主计算反映结构部分特征的单元尺寸。 第5章研究了AFT方法实现中的前沿管理数据结构设计方式。提出了在三维AFT 方法实现中切实可用的数据结构,即联合vector、maP、KDTree和multimaP四种数据结 构,实现了对前沿数据的有效管理,便捷地进行增加、删除、查找前沿操作。 第6章研究了内核多面体的三角剖分问题。提出了对Sehoenhardt多面体及其变形体 进行三角剖分的两个数学模型,即线性规划模型和非线性优化模型,这两个模型可以保 证Schoenhardt多面体三角剖分解的存在。 第7章研究了自适应有限元网格生成方法。包括自适应网格生成方法的总体流程、 局部网格变换法、网格重生成法和背景网格法。其中重点研究了背景网格法,提出了改 进的背景网格法,采用结构化栅格的方法对背景网格进行管理,提高了单元尺寸的计算 效率。 第8章介绍了程序实现中需注意的若干问题。对AFT方法、特别是三维AFT方法 具体实现中的节点选择模块、单元生成模块、异常处理模块和前沿管理模块的实现方式 和注意问题,进行了较为详细的介绍。 第9章展示了利用本文算法得到的有限元网格算例。其中包括二维有限元网格算例, 二维自适应有限元网格算例,三维有限元网格算例,三维含内部特征的结构体有限元网 格算例,三维自适应有限元网格算例以及部分工程实例的复杂实体有限元网格算例。 最后总结全文,并展望了可以进一步开展的研究工作。 本文的研究工作是国家自然科学基金“三维实体全六面体网格生成和参数化动态有 限元建模”(10002006)、国家自然科学基金重点项目“祸合系统的多学科优化设计理论 与数值方法”(10032030)和国家重点基础研究发展规划项目“大规模科学计算研究一大规 模计算工程软件系统的基础理论和实施”(G1999032805)的一部分。 关键词
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TB115

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张琪;杨淋淋;钱伟懿;;简化的自适应粒子群优化算法[J];渤海大学学报(自然科学版);2011年02期
2 武大勇;周永卫;;自适应变系数面板数据模型的半参数估计[J];统计与决策;2011年17期
3 高芳征;尚艳玲;袁付顺;;一类非线性参数化系统的鲁棒自适应H_∞控制[J];安徽大学学报(自然科学版);2011年04期
4 马中华;刘得军;;NURBS在自适应hp有限元分析系统中的应用[J];微电子学与计算机;2011年08期
5 ;下期要目[J];控制理论与应用;2011年09期
6 张文辉;齐乃明;尹洪亮;;基于滑模变结构的空间机器人神经网络跟踪控制[J];控制理论与应用;2011年09期
7 金俊杰;陈建国;;地球化学异常提取的自适应衬值滤波法[J];物探与化探;2011年04期
8 韩维建;;基于Matlab的模糊自整定PID控制器设计[J];中国科技信息;2011年13期
9 蒲明;吴庆宪;姜长生;程路;;基于模糊干扰观测器的自适应二阶动态滑模控制[J];控制理论与应用;2011年06期
10 周磊;杨振虎;;NACA4412翼型分离涡计算的混合网格策略研究[J];航空计算技术;2011年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 何宏;黄兴;孙虹;武聪聪;董宏;;基于VHDL和FPGA的自适应数字频率计设计[A];2010中国仪器仪表学术、产业大会(论文集2)[C];2010年
2 黎杰;周猛军;祝吾杰;胡丽媛;;基于自适应微分进化算法的供水调度优化[A];2010中国仪器仪表与测控技术大会论文集[C];2010年
3 曾杰;郭创新;刘育骐;梁年生;;记忆递归网络预测控制器及其在水压频率综合调节中的研究[A];1996中国控制与决策学术年会论文集[C];1996年
4 邢志伟;封锡盛;王宁;;水下机器人神经网络直接自适应控制[A];2003中国控制与决策学术年会论文集[C];2003年
5 袁驷;和雪峰;;一个高效的一维有限元自适应求解的新方案[A];工程力学学术研讨会论文集[C];2004年
6 程春悦;吕英华;;基于可变对角加载的自适应波束形成算法[A];通信理论与信号处理新进展——2005年通信理论与信号处理年会论文集[C];2005年
7 刘程远;王小铭;;基于自适应融合系数矩阵的图像隐藏算法[A];第十二届全国图象图形学学术会议论文集[C];2005年
8 贾利琴;汪晋宽;田丹;;基于子空间跟踪的自适应多用户检测方法[A];第七届青年学术会议论文集[C];2005年
9 齐娜;;传声器阵列的宽带自适应恒定束宽波束形成方法[A];2005年声频工程学术交流会论文集[C];2005年
10 罗竑;;模糊控制在地铁地下站空调通风系统中的应用[A];全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(下)[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 程雁;自适应对千兆有益吗[N];中国计算机报;2004年
2 吴中秋 王鑫;重视“自适应协同”训练[N];解放军报;2005年
3 李怀斌;不确定性市场环境与自适应型企业范式[N];经济日报;2003年
4 李强;排除自适应网卡引起的故障[N];中国电脑教育报;2004年
5 ;思科推出多合一系统级安全工具[N];人民邮电;2005年
6 ;长城推出自适应以太网交换机[N];通信产业报;2000年
7 ;给无线增添自适应[N];网络世界;2008年
8 云飞;北电推出自适应LAN解决方案[N];中国计算机报;2003年
9 CHK;无需用工具(维修) 修好自适应网卡引起的故障[N];中国计算机报;2004年
10 甘霖来、王宏;惠普成功实施自适应企业战略[N];中国计算机报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 宋超;非结构化自适应有限元网格生成的AFT方法[D];大连理工大学;2004年
2 单菊林;自适应有限元网格生成算法研究与应用[D];大连理工大学;2007年
3 袁友伟;自适应非结构化网格生成及优化技术研究[D];武汉理工大学;2007年
4 邓国红;基于压电陶瓷的轿车顶棚振动主动控制技术研究[D];重庆大学;2010年
5 潘卉青;高速TIADC并行采样系统综合校正技术研究[D];电子科技大学;2010年
6 马建明;江河防洪模拟软件系统几个关键技术研究及实现[D];中国水利水电科学研究院;2003年
7 童立靖;实时系统的自适应进程调度方法研究[D];中国科学院研究生院(软件研究所);2005年
8 徐春光;非平稳信号的时频分析与处理方法研究[D];西安电子科技大学;1999年
9 赵英;基于异步网络环境的自适应时钟同步[D];北京化工大学;2004年
10 彭健;多类小字符集自适应字符识别技术及系统的研究[D];重庆大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王俊杰;基于Euler方程的三维自适应笛卡尔网格在复杂外形上的应用研究[D];西北工业大学;2005年
2 李春光;自适应信号处理的神经网络方法[D];电子科技大学;2002年
3 孙琰;基于小波变换的图像边缘检测技术[D];西北工业大学;2004年
4 史悦;自适应超文本/超媒体学习系统的研究与开发[D];贵州师范大学;2004年
5 宫翔飞;WENO格式和自适应网格方法数值模拟[D];中国工程物理研究院;2003年
6 秦杰;模式识别自适应控制器(PRAC)应用研究[D];西安建筑科技大学;2005年
7 张昌青;电解镍板的自适应点焊控制器研制及其工艺性研究[D];兰州理工大学;2005年
8 韩正英;WPVM环境下的动态任务分配研究[D];广东工业大学;2005年
9 周岩;自适应的集中管理式Web缓存系统研究[D];燕山大学;2004年
10 李辉;自适应模型算法控制的研究与仿真[D];郑州大学;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026