一种有限元分析的大规模并行网格划分系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种有限元分析的大规模并行网格划分系统及方法，包括CAD几何模型与粗网格的读取转换模块，用于生成预设格式的CAD几何模型文件和粗网格文件；大规模并行网格加密模块，用于对粗网格文件进行网格加密；网格物理标签添加模块，用于对加密后的网格文件添加物理标签；网格结果提取输出模，用于从添加物理标签后的网格文件中提取出相应的网格数据；输入文件转换设置模块，用于将分析参数与网格结果文件结合并转化生成有限元求解软件所需格式的输入文件。本发明专利技术可实现对反应堆堆芯结构建模并完成大规模并行网格划分，后将网格结果数据应用于有限元求解软件，以最终实现对反应堆堆芯结构力学行文的高精度、高效率的模拟计算的目的。

A large scale parallel mesh generation system and method for finite element analysis

【技术实现步骤摘要】
一种有限元分析的大规模并行网格划分系统及方法
本专利技术涉及有限元分析
，特别是指一种有限元分析的大规模并行网格划分系统及方法。
技术介绍
反应堆堆芯组件在高温、辐照、流体、压紧力等因素的联合作用下产生的弯曲变形和燃料棒的流致振动问题是导致堆芯组件包壳磨损、装卸料困难、组件破损以及疲劳损伤的主要原因。研究堆芯组件变形以及流致振动问题的分析对于保障反应堆的安全运行具有十分重要的意义。由于组件在堆芯内排布的特殊性，导致温度、辐照、流场十分复杂，采用理论分析方法分析相当困难。在实际工作中一般采用数值方法分析堆芯组件的弯曲变形和流致振动问题。目前在此类实际工程问题的应用中，多是采用有限元法进行分析求解。有限元法即将一个复杂问题模型进行离散化处理，剖分成有限个简单单元，分别对每个单元进行分析推导形成单元矩阵，然后总装单元矩阵得到总装矩阵，通过求解总装矩阵最终求得整个问题的近似解。其中在有限元法的离散化处理中，离散程度越高即剖分的网格越密，网格数越多，则最后求得的问题结果值也就更接近真实值，但随之带来的则是计算量的增加。针对反应堆堆芯的力学行为模拟结果必须要求有足够高的精度以及能够在超算上进行高效的并行求解效率，目前国际上被认可的有限元求解软件在计算规模和计算效率上有限，均不能满足反应堆堆芯力学行为模拟的性能需求。基于上述情况，反应堆堆芯模型的大规模并行网格划分技术以及高效的大规模有限元分析求解为主要两大关键
技术实现思路
。利用超级计算机首先对反应堆堆芯模型进行大规模的并行网格划分，然后将网格数据交由有限元求解软件去进行并行求解得出结果是整个反应堆力学分析模拟的技术路线。但目前没有可用的软件能够将两大关键技术很好地结合在一起。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种有限元分析的大规模并行网格划分系统及方法，以解决目前没有可用的方案能够将反应堆堆芯模型的大规模并行网格划分以及高效的大规模有限元分析求解很好地结合在一起的问题。本专利技术将核反应堆堆芯的CAD几何模型与模型初始粗网格转换输入给并行网格加密软件进行大规模并行网格加密，并将大规模并行网格划分软件与高效有限元求解软件相结合，实现有限元求解软件对大规模并行网格划分结果数据的正确利用，实现将大规模并行网格划分技术应用于有限元求解软件，最终实现对反应堆堆芯力学行为进行高精度，高效率的模拟计算的目的。具体地，为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种有限元分析的大规模并行网格划分系统，适用于核反应堆结构力学行为有限元分析求解，所述有限元分析的大规模并行网格划分系统包括：CAD几何模型与粗网格的读取转换模块，用于生成核反应堆堆芯结构对应的预设格式的CAD几何模型文件和粗网格文件；大规模并行网格加密模块，用于基于所述CAD几何模型文件和所述粗网格文件，对所述粗网格文件进行网格加密处理；网格物理标签添加模块，用于对经过网格加密处理后的网格文件添加物理标签，得到包含物理标签信息的网格文件；网格结果提取输出模块，用于根据预设需求，从添加物理标签后的网格文件中提取出相应的网格数据输出到网格结果文件；输入文件转换设置模块，用于将预设分析参数与所述网格结果文件相结合，并转化生成有限元求解软件所需格式的输入文件。其中，所述CAD几何模型与粗网格的读取转换模块具体用于：采用边界表示法对核反应堆堆芯结构进行CAD建模，并用三维有限元网格生成器对其实现初始粗网格的生成；对生成的CAD模型和初始粗网格文件进行格式转换，得到并行网格加密程序所能使用的CAD几何模型文件和粗网格文件。其中，所述大规模并行网格加密模块具体用于：对粗网格文件进行分区处理，分区数量根据并行规模的需求以及CAD几何模型的初始粗网格规模确定，与进程数量保持一致；对分区后的各区域上的网格量进行负载均衡处理；根据预设的加密控制参数对粗网格文件进行迭代细化加密处理，且每次迭代过后均进行一遍负载均衡处理来实现动态负载均衡的效果。其中，所述网格物理标签添加模块具体用于：读取生成所述CAD几何模型文件的几何模型实体，以及经过网格加密处理后的网格文件的网格实体；创建相对应维度的迭代器对当前维度下的所有网格实体进行遍历；通过判断网格是否处于给定的几何模型编号所指代的几何位置来给网格实体添加给定的物理标签信息。其中，所述网格结果提取输出模块具体用于：读取生成所述CAD几何模型文件的几何模型实体，以及添加物理标签后的网格文件的网格实体；根据预设输入参数得到输出文件的路径和文件名信息；在相应路径创建对应进程号的输出文本文件，创建各维度的迭代器开始网格实体遍历，各进程分别遍历各自网格文件中的网格数据信息；输出节点信息和单元信息；对于物理标签信息，通过判断网格实体中是否包含来输出到结果文件中。其中，所述输入文件转换设置模块具体用于：根据预设输入参数创建数组；遍历读取所述网格结果文件；根据分割字符区分节点数据与单元数据；将不同数据分别存入相应结构体数组；读取预设控制文件信息；存储相关输入文件设置信息；将材料属性及边界载荷存入对应元素结构体数组中；根据输入文件格式，读取结构体信息写入输出文件，生成有限元求解软件所需格式的输入文件。相应地，为解决上述技术问题，本专利技术还提供如下技术方案：一种有限元分析的大规模并行网格划分方法，所述方法包括：生成核反应堆堆芯对应的预设格式的CAD几何模型文件和粗网格文件；基于CAD几何模型文件和粗网格文件，对粗网格文件进行网格加密处理；对经过网格加密处理后的网格文件添加物理标签，得到包含物理标签信息的网格文件；根据预设需求，从添加物理标签后的网格文件中提取出相应的网格数据输出到网格结果文件；将预设分析参数与所述网格结果文件相结合，并转化生成有限元求解软件所需格式的输入文件。其中，生成预设格式的CAD几何模型文件和粗网格文件，包括：采用边界表示法对核反应堆堆芯结构进行CAD建模，并用三维有限元网格生成器对其实现初始粗网格的生成；对生成的CAD模型和初始粗网格文件进行格式转换，得到并行网格加密程序所能使用的CAD几何模型文件和粗网格文件；所述对粗网格文件进行网格加密处理，包括：对粗网格文件进行分区处理，分区数量根据并行规模的需求以及CAD几何模型的初始粗网格规模确定，与进程数量保持一致；对分区后的各区域上的网格量进行负载均衡处理；根据预设的加密控制参数对粗网格文件进行迭代细化加密处理，且每次迭代过后均进行一遍负载均衡处理来实现动态负载均衡的效果。其中，所述对经过网格加密处理后的网格文件添加物理标签，包括：读取生成所述CAD几何模型文件的几何模型实体，以及经过网格加密处理后的网格文件的网格实体；创建相对应维度的迭代器对当前维度下的所有网格实体进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有限元分析的大规模并行网格划分系统，其特征在于，包括：/nCAD几何模型与粗网格的读取转换模块，用于生成核反应堆堆芯结构对应的预设格式的CAD几何模型文件和粗网格文件；/n大规模并行网格加密模块，用于基于所述CAD几何模型文件和所述粗网格文件，对所述粗网格文件进行网格加密处理；/n网格物理标签添加模块，用于对经过网格加密处理后的网格文件添加物理标签，得到包含物理标签信息的网格文件；/n网格结果提取输出模块，用于根据预设需求，从添加物理标签后的网格文件中提取出相应的网格数据输出到网格结果文件；/n输入文件转换设置模块，用于将预设分析参数与所述网格结果文件相结合，并转化生成有限元求解软件所需格式的输入文件。/n

【技术特征摘要】
1.一种有限元分析的大规模并行网格划分系统，其特征在于，包括：
CAD几何模型与粗网格的读取转换模块，用于生成核反应堆堆芯结构对应的预设格式的CAD几何模型文件和粗网格文件；
大规模并行网格加密模块，用于基于所述CAD几何模型文件和所述粗网格文件，对所述粗网格文件进行网格加密处理；
网格物理标签添加模块，用于对经过网格加密处理后的网格文件添加物理标签，得到包含物理标签信息的网格文件；
网格结果提取输出模块，用于根据预设需求，从添加物理标签后的网格文件中提取出相应的网格数据输出到网格结果文件；
输入文件转换设置模块，用于将预设分析参数与所述网格结果文件相结合，并转化生成有限元求解软件所需格式的输入文件。


2.如权利要求1所述的有限元分析的大规模并行网格划分系统，其特征在于，所述CAD几何模型与粗网格的读取转换模块具体用于：
采用边界表示法对核反应堆堆芯结构进行CAD建模，并用三维有限元网格生成器对其实现初始粗网格的生成；
对生成的CAD模型和初始粗网格文件进行格式转换，得到并行网格加密程序所能使用的CAD几何模型文件和粗网格文件。


3.如权利要求1所述的有限元分析的大规模并行网格划分系统，其特征在于，所述大规模并行网格加密模块具体用于：
对粗网格文件进行分区处理，分区数量根据并行规模的需求以及CAD几何模型的初始粗网格规模确定，与进程数量保持一致；
对分区后的各区域上的网格量进行负载均衡处理；
根据预设的加密控制参数对粗网格文件进行迭代细化加密处理，且每次迭代过后均进行一遍负载均衡处理来实现动态负载均衡的效果。


4.如权利要求1所述的有限元分析的大规模并行网格划分系统，其特征在于，所述网格物理标签添加模块具体用于：
读取生成所述CAD几何模型文件的几何模型实体，以及经过网格加密处理后的网格文件的网格实体；
创建相对应维度的迭代器对当前维度下的所有网格实体进行遍历；
通过判断网格是否处于给定的几何模型编号所指代的几何位置来给网格实体添加给定的物理标签信息。


5.如权利要求1所述的有限元分析的大规模并行网格划分系统，其特征在于，所述网格结果提取输出模块具体用于：
读取生成所述CAD几何模型文件的几何模型实体，以及添加物理标签后的网格文件的网格实体；
根据预设输入参数得到输出文件的路径和文件名信息；
在相应路径创建对应进程号的输出文本文件，创建各维度的迭代器开始网格实体遍历，各进程分别遍历各自网格文件中的网格数据信息；
输出节点信息和单元信息；对于物理标签信息，通过判断网格实体中是否包含来输出到结果文件中。


6.如权利要求1所述的有限元分析的大规模并行网格划分系统，其特征在于，所述输入文件转换设置模块具体用于：
根据预设输入参数创建数组；
遍历读取所述网格结果文件；
根据分割字符区分节点数据与单元数据；
将不同数据分别存入相应结构体数组；
读取预设控制文件信息；
存储相关输入文件设置信息；
将材料属性及边界载荷存入对应元素结构体数组中；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：岑鑫，邢龙岳，蒋章程，朱迎，王昭顺，胡长军，杨文，冯仰德，高付海，高岳，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11