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复杂旋转体的六面体单元网格划分方法研究

尹东成  
【摘要】:有限元法是20世纪60年代发展起来的新的数值计算方法,是计算机时代的产物。它广泛应用于弹塑性力学、断裂力学、流体力学、热传导等领域,是工程科学与计算科学相交叉的一个重要研究领域。有限元网格划分是有限元走向工程应用的枢纽,是有限元法的一个非常重要的研究领域,经历了40多年的发展历程。有限元分析的基本过程可分为三个阶段:有限元模型的建立(即前处理)、有限元解算、结果处理和评定(即后处理)。根据经验,有限元分析各阶段所用的时间为:40%-45%用于模型的前处理,50%-55%用于后处理,而分析计算只占5%左右。因此,有限元分析的前后处理一直都是有限元分析的瓶颈问题,严重地阻碍着有限元分析技术的应用和发展。近年来,有限元网格生成方法研究重点由二维平面问题转移到三维曲面和三维实体问题,从三角形、四面体网格自动生成转移到四边形、六面体网格自动生成。虽然现有的各种商用有限元软件提供了很好的自动网格分割系统,但是,对任意复杂形状的物体进行网格划分时仍存在一些问题,即六面体单元的自动网格划分和网格自适应性还未充分解决。 针对六面体网格划分时的自适应问题,阐述了一种行之有效的方法——波形法(WMG, Waveform Mesh Generating),利用此方法可以创建复杂形体的局部域自适应六面体网格。此外,在有限元前后处理系统FAST(FEM Analysis Support Tool)平台上,利用WMG方法,对FAST系统的复杂形体建模和六面体网格自动划分部分进行二次开发,首次成功的得到了复杂旋转体——螺旋弹簧六面体网格模型。并运用波形法对其进行网格划分,得到了比较满意的六面体网格单元螺旋弹簧模型。最后,把螺旋弹簧作为新模块加入到FAST软件系统中,进一步丰富了FAST的模型库。


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