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《重庆大学》 2004年
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基于数字化仪的有限元网格自动生成系统和可视化研究

胡国辉  
【摘要】:有限元法作为一种强有力的工程分析方法被广泛的应用于各种工程领域,对 于电气工程领域,有限元法同样是用于各类电磁场、电磁波工程问题定量分析与 优化设计的最主要的数值计算方法。而制约有限元分析的瓶颈问题是模型的建立 和数据的输入,其核心内容是区域的离散--网格的生成,即有限元法的第一步 就是生成分析区域的一个恰当的有限元网格,由于网格划分质量的好坏直接影响 到数值分析的精度,因此寻求合适的网格生成算法以实现有限元网格自动生成是 进行有限元分析的关键问题,目前各种网格自动生成算法(特别是在二维的分析域 中)已经相当成熟,并在实际工程领域得到广泛应用。 本文在阐述有限元分析方法的基本原理的基础上,详细讨论了有限元分析在 工程电磁场中的具体应用。并从有限元分析系统结构这个角度分析了作为有限元 分析前处理部分的有限元网格自动生成系统在工程应用中的理论和实际意义。 进行网格剖分首先要建立分析对象的几何模型,鉴于本文的分析对象是医学 脑CT扫描图像,为此采用数字化仪从脑CT扫描图像中提取边界特征点,以此形 成分析模型的边界轮廓,从而建立分析模型的几何模型。文中在阐述串口通讯的 基本原理的基础上详细论述了如何实现数字化仪与计算机之间的串口通讯,最终 实现了几何建模的功能。 本文重点讨论了网格自动生成算法,通过分析和研究Delaunay三角化方法和 The Advancing Front前沿推进法,设计了结合这两种网格生成算法优点的网格自 动生成算法,对加权平分设置场域内部节点的方法进行了改进,并提出了利用三 角形质量因子判据进行网格修正和采用四倍加密法实现网格加密的网格优化措 施。采用面向对象的程序设计思想和C++语言开发了基于Visual C++6. 0平台的有 限元网格自动生成系统,并结合具体实例验证了本算法的可行性、通用性、可靠 性、和全自动性。 本文最后讨论了科学计算可视化的含义和在工程实际应用中的重要意义,结 合本有限元网格自动生成系统设计了一个友好的交互式图形用户界面(GUI),利 用OpenGL图形标准对生成的网格图形进行各种图形变换以实现可视化图形处理 功能。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TP393.09

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