收藏本站
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


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 袁光伟,沈隆钧,沈智军;自适应坐标变换方法(英文)[J];计算物理;2005年01期
2 陈进超;王绪本;熊鹏;闵刚;;一种含约束条件的二维自适应三角剖分新算法[J];物探化探计算技术;2009年01期
3 陈祖军,刘朴,韦鹤平,谭显英;长江口水动力场、浓度场数值模拟网格生成技术的研究[J];海洋预报;2001年01期
4 孙新岭;张涛;李康宁;周杰;李先禄;;四边形网格生成的基区拼合法[J];金属成形工艺;2001年02期
5 柏延智;;贴体结构化网格的生成方法[J];中国科技信息;2007年09期
6 郑邦民,赵明登;三维一般曲线坐标变换、网格生成及流场、温度场计算[J];水利学报;1992年07期
7 郭云;有限元分析模型的网格生成方法及实现[J];机械;1996年05期
8 翁培奋;二维网格快速生成的一种方法[J];上海大学学报(自然科学版);1996年05期
9 郑志镇,杨国道,李尚健,李志刚;一种全四边形网格生成算法[J];华中理工大学学报;1997年11期
10 沙捞·巴里,陈界仁,陈国祥;河床演变计算中二维网格生成[J];河海大学学报(自然科学版);1999年03期
11 许青松,陈义良,叶桃红;燃烧室冷态流动的数值模拟[J];中国科学技术大学学报;1999年04期
12 朱三华,刘建业,易灵;贴体正交曲线网格自动生成技术研究[J];人民珠江;2005年S1期
13 忻孝康,王浩;Poisson方程网格生成方法的一点改进[J];水动力学研究与进展A辑;1992年S1期
14 杜丽惠,江春波;多种介质区域有限元网格自动生成技术[J];水力发电;2000年02期
15 陈海昕,李凤蔚,鄂秦,高超;复杂流场数值模拟中的网格生成[J];西北工业大学学报;2000年02期
16 曹红梅;郭彦;;计算网格质量评估方法[J];太原师范学院学报(自然科学版);2008年04期
17 赵峰,周连第,任安禄;通用三维分块贴体网格的耦合生成方法[J];水动力学研究与进展A辑;1994年04期
18 朱松林,印霞隽,陆瑞松;直接控制网格节点分布的网格生成方法[J];水动力学研究与进展A辑;1994年04期
19 唐毅,吴持恭,廖华胜,周著;复杂边界三维贴体网格的生成及其应用[J];四川大学学报(工程科学版);1996年02期
20 敬军;郑立捷;王楷;胡刚义;尹协振;;计算流体力学中变形运动边界处理方法及应用[J];中国舰船研究;2007年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘剑飞;;网格生成研究进展[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
2 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
3 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
4 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
5 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
6 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
7 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
8 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
9 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
10 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
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 魏华祎;界面问题和Laplace-Beltrami问题中的有限元超收敛及网格生成优化研究[D];湘潭大学;2012年
5 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
6 李绍滋;非结构化对等网络中的信息检索若干关键技术研究[D];国防科学技术大学;2009年
7 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
8 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
9 贾兆庆;非结构化P2P中搜索算法及信任机制研究[D];上海交通大学;2008年
10 梁波;自适应光学像差矫正对双眼叠加作用的影响研究[D];中国科学院研究生院(光电技术研究所);2013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 刘志国;车身覆盖件网格自动生成中的数据预处理技术研究[D];吉林大学;2004年
3 贾海军;轴流压气机跨声速三维流场数值模拟[D];西北工业大学;2006年
4 崔彩峰;虚拟现实系统中非结构网格生成及简化的研究[D];辽宁工程技术大学;2005年
5 谢强;基于模块推进的非结构网格生成方法研究[D];南京航空航天大学;2005年
6 郑天然;冲压成形有限元分析中的网格生成技术[D];吉林大学;2005年
7 高宇海;基于时域有限差分方法的网格生成新方法[D];国防科学技术大学;2011年
8 刘腾澳;基于CT数据的两相骨骼体网格生成[D];济南大学;2013年
9 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
10 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
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 清华大学计算机系 陈恩义;无缝移动[N];计算机世界;2002年
2 ;三大步迈向NGeN[N];中国计算机报;2005年
3 ;首个符合UOML标准的软件面市[N];科技日报;2006年
4 ;Autonomy系统 从无序的信息到有价的知识[N];中国计算机报;2004年
5 徐昕;让企业迅速转向随需应变[N];中国计算机报;2005年
6 郭莹;全文检索市场空间大[N];中国计算机报;2006年
7 晓文;中国IT业冲刺国际标准[N];中国经济导报;2006年
8 杨丽;神州数码等四家IT企业加盟UOML[N];科技日报;2006年
9 冠;富士施乐推广财务管理服务[N];计算机世界;2008年
10 程雁;自适应对千兆有益吗[N];中国计算机报;2004年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978