基于六面体单元生成算法形成的海上浮体载体制造技术

本发明专利技术公开了一种基于六面体单元生成算形成的海上浮体载体。该浮体载体通过三维六面体结构化网格生成方法建造海上漂浮载体，结构化网格的优点是易于实现，在计算精度、生成网格数量、单元抗畸变成都和再划分次数等方面有具有很大优势。能生成规则的结构化网格，而且能生成曲面网格。通过一些对海洋的精准计算和不同三维六面体的利用实现一个多六面体组成的稳定、抗大风浪的能长久静处于波涛汹涌海面上的可靠基础载体。

【技术实现步骤摘要】
基于六面体单元生成算法形成的海上浮体载体
本专利技术涉及浮岛建设领域，特别是涉及一种基于六面体单元生成算法形成的海上浮体载体。
技术介绍
海上漂浮载体做为海上应用领域的一部分,可在浮体载体上进行海上城市开发等多种可行性项目，具有极大的可开发价值，成为各国海上研究的重点领域。但作为巨型建筑的载体必须具有以下属性:用于构建地基的漂浮载体结构必须是稳定的。受制于当前制作技术以及成本的考虑，现在都还处在实验室和海试阶段，还未向工程化发展。目前存在的的浮动载体设备领域多为钢结构浇筑波特兰第五型水泥(与FRP合用)而成，这种结构的虽然在结构上相对稳定,但其制作成本相对偏高，不适合大型漂浮载体的建设。因此,大型海上漂浮载体应由许多小型的结构物组合而成。因此在新材料被专利技术之前，海上城市的标准化、规范化、模块化被看作是解决这一问题的可行办法。由于海洋结构物需要具有良好的浮性、静稳性、动稳性、抗沉性、操纵性、摇荡特性等，以及需要有较强的结构。经过进一步的检索未发现类似技术应用于本领域的公开文献。
技术实现思路
本专利技术通过三维六面体单元结构化网格生成方法建造海上漂浮载体，结构化网格的优点是易于实现，在每个子区域内网格可以得到很好的控制，生成规则的结构化网格，而且能生成曲面网格。通过一些对海洋的精准计算和不同三维六面体的利用实现一个多六面体组成的稳定、抗大风浪的能长久静处于波涛汹涌海面上的可靠基础载体。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：有限元算法对六面体进行补偿：其中，所述补偿设计的步骤包括：有限元自动分析系统的最低要求是能够不依赖于用户的人工交互作用，直接从实体造型系统所提供的几何描述中产生有限元分析需要的数据，这就要求有限元生成算法能够适应任意形状的实体类型。对于高精度单元，尤其是三维六面体单元的网格自动生成。其中，为解决开头所述问题，本专利技术采用的再一个技术方案是为六面体单元建立自适应加密技术。为了实现网格加密区域和非加密区域之间的相容性协调过渡，本专利技术将在模板的基础上建立一套新的加密模板，加入一个孤立点加密模板并改进两个拐角模板，以获得尺寸均匀的子单元，并有效地控制加密信息场的蔓延。其中，所述六面体单元自动生成解决的问题还包括：提出新的边界拟合方法。为了避免节点的反复搜索并解决面片的无次序拟合问题，本文拟提出一种新的边界拟合方法，即优先点与相对位置关系相结合的边界拟合方法。本文将建立八种网格表面自由四边形面片类型和五种补充拟合类型，并提出相应的拟合规则。本专利技术将提出一种基于几何拓扑关系和优先点的特征点拟合方法。针对边界拟合过程中可能出现的问题，本专利技术提出了相应的处理方法。即把同一条凹曲面上所有退化面片的指向调整为一致。其中，所述六面体单元问题，还有对六面体质量的优化技术的专利技术。改进了当前的拓扑优化技术和节点平滑技术。将在现有拓扑优化模式的基础上提出12种新的拓扑优化模式，包括5种插入模式，4种退化模式和3种插入和退化相结合的混合模式，分别应用于特征边和特征点上的退化单元，并建立起各种模式尤其是混合模式的协调应用规则以及相容性问题的处理方法。对于节点平滑技术，为了避免传统拉普拉斯平滑方法造成的形状失真和体积误差问题，本专利技术提出一种基于映射的拉普拉斯平滑算法来调整一般表面节点的位置。其中，所述六面体单元的局部加密问题为针对用户选择的单个或成组的节点、单元、单元边、单元面、网格边界边、网格表面和局部区域等元素进行局部加密。其中，在六面体单元的建造上采用了一次性膜壳作为基本骨架，当材料浇筑进膜壳中并且后者(膜壳)不被拿出而是与变硬的材料保持成整体。模板上使用一次性模板的塑料材质快速地获得模壳，其容易使用并且制造便宜，可以打造成符合要求的形状和尺寸，在其中加入少许支撑装置，保证整个结构的稳定。附图说明图1是本专利技术使用的STL三角面片示意图；图2是本专利技术使用的锯齿状核心网络图。具体实施方式以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请。然而，对建造海上浮到领域熟悉的同行人员来说，在没有这些具体细节的其它实施方式中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对大家熟悉的装置、结构以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。请参阅图1，图1为本专利技术使用的STL三角面片，包括：首先，基于网格的六面体单元的海上浮体并不是对任意形状的实体模型都能生成高质量且符合有限元分析要求的网格，当实体模型的几何形状比较复杂时，例如实体模型含有大量的四特征边、四曲面或小特征时，生成符合有限元分析要求的自适应网格比较困难。所以本专利技术使用了基于STL三角面片的曲率变化行几何特征识别的关键技术，给出了特征边、特征点、子表面和边界边等几何特征的识别方法，以及特征边属性和特征点属性的识别方法；为了实现加密区域和非加密区域网格的相容性过渡，同时建立了一套新的加密模板，将两个拐角模板进行了改进，可获得尺寸均匀的子单元，并加入了一个孤立点加密模板，拐角模板和孤立点加密模板的应用有效地控制了加密信息场的蔓延；为了同时考虑实体模型的曲率变化和三角面片密度分布的影响，更精确地描述实体模型的几何特征，获得更好的自适应加密效果，本专利技术提出了相对曲率的概念，即采用相对曲率代替常规曲率来建立基于曲率的加密源点信息场和加密单元信息场；针对符合一定条件的骑边单元，提出了新的基于局部厚度加密判据；针对实体模型的小特征，建立了基于小特征加密判据；为了避免“银齿”状核心网格表面凹凸不平的现象，在以上三个加密判据的基础上，又针对骑边单元提出了补充加密判据。实例证明本文建立的四个加密判据能够合理有效地对包络网格进行自适应加密。本文采用奇偶法去除不完全存在于实体模型内部的单元，生成“银齿”状核心网格；进行表面拟合时，在“银齿”状核心网格表面和实体模型表面之间生成一层新的六面体单元，从而提高了表面网格的质量，并提出了一种优先点和相对位置关系相结合的方法，实现了表面空隙填充后网格特征边界的精确拟合。图2示出的是六面体网格边界加密示意图，网格边界边是首尾相连的单元边的集合。网格边界边加密技术可以对六面体的任意选定的一条或几条网格边界边进行加密。加密的好处在于提高整体浮体载体的稳定性，在用户选择加密边界边之前，首先要识别出网格模型的边界边。本专利技术提出了网格边界边的识别方法和步骤，具体为：首先任意选择一条单元边，假设单元边的两个端点分别为和。遍历所有网络模型的单元边，找出共享一个端点和的一条单元边，假设找到了与共享的单元边。如果的另一个端点为，继续所搜所有的单元边寻找与共享的第三条单元边中的单元边。以此类推，按照以上步骤一次搜索首尾相接的单元边，直到满足下面的单元边出现。若在搜索过程中遇到了含有特征点的单元边,该单元边的其中一个端点是特征点，则沿着起始单元边的端点方向的搜索停止。接下来按照相同的搜索方法沿着起始单元边的另一个端点依次寻找首尾相接的单元边，直到遇到端点是特征点的单元边为止，如端点为特征点的单元边,此时，遍历所有单元边，即从到之间的所有单元边，这样就构成了一条网格边界边。模板上使用一次性模板的塑料材质快速地获得模壳，其容易使用并且制造便宜，可以打造成符合要求的形状和尺寸，在其中加入少许支撑装置，保证整个结构的稳定。每个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种六面体有限元栅格自动形成的海上浮体载体，其特征在于，包括：有限元算法在有限元栅格中有着至关重要的作用，可以缩短计算时间，自动加密网格来提高精度，通过有限元算法，实现六面体加密区域和非加密区域网格的相容性过渡。

【技术特征摘要】
1.一种六面体有限元栅格自动形成的海上浮体载体，其特征在于，包括：有限元算法在有限元栅格中有着至关重要的作用，可以缩短计算时间，自动加密网格来提高精度，通过有限元算法，实现六面体加密区域和非加密区域网格的相容性过渡。2.根据权利要1所述的方法，自适应加密技术存在的边界为题的解决，其特征在于，包括：自适应算法存在边界拟合不完全的缺陷，本文提出了新的边界拟合方法，即优先点与相对位置关系相结合的边界拟合方法，建立八种网格表面自由四边形面片类型和五种补充拟合类型，并提出相应的拟合规则。3.根据权利要求2所述的方法，六面体生成的质量优化技术，其特征在于，为了提高六面体网格边界单元的质量，包括：采用了节点平滑技术，一种基于映射的拉普拉斯平滑算法来调整一般表面节点的位置，以克服传统的拉普拉斯算法带来的网格表面节点偏离实体模型表面的现象，达到避免体积误差...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘浩宇，任晋原，高佩瑶，
申请(专利权)人：深蓝海工北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11