基于变层厚法的复杂区域物理场可视化若干关键技术研究与应用

【摘要】：可视化是处理大量数据和信息的有效方法，它具有直观、易于理解和交流的特性，给科学研究工作与项目决策等都带来了很大的便利。本文针对复杂区域物理场可视化目前存在的问题，研究了基于自适应变层厚笛卡尔切割单元法的复杂区域物理场数值模拟与可视化技术。提出了一种面向复杂三维形体的非结构化六面体笛卡尔生成方法，研究了基于非结构化笛卡尔网格的复杂区域物理场数值模拟及可视化方法。开发了基于自适应变层厚笛卡尔切割单元法的可视化系统，实现了复杂区域物理场的可视化。 论文的主要工作包括： 第一章讨论了物理场可视化的主要任务与发展历程，总结了物理场可视化的研究及应用现状，分析了目前在复杂区域物理场可视化方面存在的问题，论述了基于自适应笛卡尔切割单元法的复杂区域物理场可视化研究的意义。最后阐述了本文的研究背景、意义和主要研究内容。 第二章分析了STL文件的特点与常见错误，提出了基于松弛AVL树的冗余顶点归并方法，完成了STL文件拓扑关系的快速重构。采用了环分裂空洞修补算法等STL文件常见错误的修复方法，实现了基于拓扑关系的STL文件错误修复。 第三章提出了基于自适应变层厚笛卡尔切割单元法(本文中简称为变层厚法)的复杂区域非结构化各向异性笛卡尔网格生成方法。研究了自适应层厚控制算法及基于轮廓线集拓扑关系树的切割面上实体区域判断，采用基于凸包的背景网格顶点与封闭轮廓线关系判断方法改进了现有笛卡尔切割单元法。采用了面向不同情况的各向异性加密算法，实现了优质、高效的网格划分，为复杂区域物理场可视化奠定了基础。 第四章采用了基于各向异性笛卡尔网格的变空间步长显式差分格式与隐式差分格式，实现了基于各向异性非结构化笛卡尔网格的压铸件凝固过程三维非稳态温度场有限差分计算。构建了区域大气环评与复杂河道水环境评价计算模型，实现了基于各向异性非结构化笛卡尔网格的区域环评预测计算。 第五章在对电表机架压铸件的铸造缺陷进行大量统计分析的基础上，提出了新的铸造缺陷预测方法。研究了缩孔缩松及气孔等孔洞缺陷以及铸造热应力、热裂等缺陷发生的判据及预测方法，并结合神经网络技术，实现了基于神经网络的复杂压铸件铸造缺陷预测。 第六章针对可视化显示中等值线区域填充问题，提出了一种基于笛卡尔网