一种基于虚拟试验平台的船体网格自动划分方法技术

本发明专利技术公开一种基于虚拟试验平台的船体网格自动划分方法，包括：S1根据基本信息、三维模型和型值表，识别船舶的型线、垂线及设计水线；S2根据型线、垂线及设计水线和预先定义创建信息，创建船舶的计算域；S3根据型线划分船体的曲面及船体曲面的曲率信息，生成船体面网格；S4根据船体面网格，生成用于捕捉划过船体表面的流体流动变化的边界层网格；S5基于船体面网格和边界层网格、计算域，生成包括近流场和远流场的且用于输出的船体网格。上述方法能够适应大部分船型的网格自动生成，节省了船舶CFD计算时网格生成的时间，为最终实现系统地数值优化船型奠定了基础。

An automatic mesh generation method for ship hull based on virtual test platform

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟试验平台的船体网格自动划分方法
本专利技术涉及虚拟试验平台领域，尤其涉及一种基于虚拟试验平台的船体网格自动划分方法。
技术介绍
近年来，CFD技术在船舶水动力学方面的应用日渐成熟，采用CFD技术对船舶阻力、推进、操纵性、耐波性以及船型优化等方面的研究越来越广泛，但是在采用CFD软件进行相关研究的同时，为了保证计算结果的可靠性和可信度，需要对影响数值模拟的相关因素进行深入的研究。在以有限体积法和有限元方法为基础的CFD软件中，当离散格式的截断误差确定以后，网格的疏密及其分布特性就成了决定离散误差的关键因素。目前，虽然有研究人员对网格的自动划分展开了研究，但实际工作中仍主要采用人工设定与自动划分相结合的方式，即先由人工对几何体、网格初始条件进行设置，为此，如何实现自动划分网格，且能够保证船体表面网格的连续性，同时保证网格的质量，减少计算误差成为当前需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于虚拟试验平台的船体网格自动划分方法，能够准确表达船体外流场区域的流体运动的变化，突破传统的整个计算域采用单一网格划分的限制，解决了现有网格数量大、局部网格质量差等问题。为了达到上述的目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：第一方面，本专利技术提供一种基于虚拟试验平台的船体网格自动划分方法，包括：S1、根据待仿真船舶的基本信息、三维模型和型值表，识别所述船舶的型线、垂线及设计水线；S2、根据所述型线、垂线及设计水线和预先定义创建信息，创建所述船舶的计算域；S3、根据所述型线划分船体的曲面及船体曲面的曲率信息，生成船体面网格；S4、根据所述船体面网格，生成用于捕捉划过船体表面的流体流动变化的边界层网格；S5、基于船体面网格和边界层网格、计算域，生成包括近流场和远流场的且用于输出的船体网格。可选地，所述步骤S5包括：基于船体面网格和边界层网格，填充体网格；对所述计算域进行分块，生成近流场和远流场；依据设置的不同类型和尺寸的网格，生成船体网格。可选地，对所述计算域进行分块，生成近流场和远流场，包括：将计算域分为船体近流场控制域和远流场控制域；近流场控制域以设计水线面、中线面和中站面为基准，向外延伸半个船宽的距离，剩余部分为远流场控制域；远流场控制域的网格的分辨率由大到小，逐渐过渡至尾流区。可选地，所述步骤S2包括：S21、将所述型线中组成船体曲面的型线信息按照预先的编号规则进行处理，获得规范化的编号；S22、判断编号后的船体是否为叠模船体；S23、根据叠模船体的判断结果，创建所述船体的外流场计算域。可选地，所述步骤S23包括：从船艏向上游延伸一个船长，从船尾向下游延伸4个船长，沿深度方向延伸5个半宽，深度方向延伸5～7个吃水。需要说明的是船长、船尾、吃水等均是待仿真船舶的信息。可选地，所述步骤S22包括：判断设计水线面是否与艉封板相交；若不相交，则不是叠模船体，则执行步骤S23，否则，采用设计水线面分割所有与艉封板相交的面，分割后执行步骤233。可选地，所述步骤S3包括：S31、根据所述型线划分的曲面，识别每一曲面的曲率；S32、根据所有曲面的曲率信息、网格类型，获取网格的尺寸信息；S33、根据所有曲面的曲率信息、网格类型和网格的尺寸信息，生成船体面网格。可选地，所述步骤S1包括：导入船体曲面文件，船体曲面文件包括igs格式的船体三维模型和XML格式的型值表文件。可选地，所述步骤S41包括：基于船体面网格，在离开壁面的第一个节点与船体表面之间的距离与其增长率，并且粘性边界层内的最少节点数不少于5个，生成船体的棱柱边界层网格。本专利技术的有益效果是：本专利技术的方法中基于虚拟试验平台的船体网格自动划分方法利用“自下而上”的网格划分思想，首先对船体型线进行识别，并将船体切分为一系列比较小的曲面，生成面网格，再生成棱柱边界层网格和体网格。本专利技术的方法能够在短时间内高效快速的生成一套高质量的混合型网格，进一步提高CFD在船型优化和新船型开发的效率，即从流体力学最优的观点出发，通过CFD计算和非线性最优化方法自动求得最佳船体形状。本专利技术的系统能够适应大部分船型的网格自动生成，极大地节省船舶CFD计算时网格生成的时间，为最终实现系统地数值优化船型奠定了基础。附图说明图1为本专利技术一实施例提供的基于虚拟试验平台的船体网格自动划分方法的流程示意图；图2为本专利技术另一实施例提供的基于虚拟试验平台的船体网格自动划分中影响因素的示意图；图3为本专利技术一实施例提供的网格自动划分方法中网格生成步骤的示意图；图4为本专利技术一实施例提供的网格自动划分方法中计算域分块的示意图；图5为本专利技术一实施例提供的网格自动划分方法中创建船体面网格的示意图；图6为本专利技术一实施例提供的网格自动划分方法中生成边界层网格的示意图；图7为本专利技术一实施例提供的网格自动划分方法中生成体网格的示意图；图8为本专利技术一实施例提供的船舶的三维型线的示意图；图9为本专利技术一实施例提供的船舶的船体壳网格的示意图；图10为本专利技术一实施例提供的船舶的边界层棱柱网格的示意图；图11为图10中棱柱网格局部放大图；图12为本专利技术一实施例中对边界层重新切割分布的示意图。具体实施方式为了更好地解释本专利技术，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。现有技术中按网格节点排序是否有序，可将网格分为结构网格和非结构网格，结构网格节点的关系可以根据网格编号的规律自动得出，不必专门储存这一类信息，因此结构网格需要内存少，适合并行计算加速；但结构网格在计算域几何模型边界形状较复杂时，得到的结构网格质量较差。非结构网格节点排列随意，需较大内存存储连接关系数据，但灵活性较高，适合剖分较复杂的几何模型。由此可建立两者混合的网格。基于虚拟试验平台的船体网格自动划分方法，利用“自下而上”的网格划分思想，能够保证船体表面网格的连续性，同时保证网格的质量，减少计算误差。在本实施例中，基于虚拟试验平台的船体网格自动划分方法的流程为：首先将船体曲面导入网格划分系统，以及导入后的船体曲面能够在软件中实现旋转、平移和缩放等基本操作；识别船体型线并按照预先的编号规则规范化，根据船体尺寸创建计算域，将船体切分为比较小的曲面，识别曲面的曲率，根据曲率的大小划分不同尺寸和类型的网格，生成初步面网格，检查网格质量；然后生成棱柱边界层网格和体网格，检查网格质量，输出MSH网格。采用此种网格划分方法能够得到良好质量的面网格、边界层和体网格，在虚拟试验中能够准确捕捉到流线的聚散和流线曲率较强烈的变化。实施例一如图1所示，图1示出了本专利技术一实施例提供的一种基于虚拟试验平台的船体网格自动划分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟试验平台的船体网格自动划分方法，其特征在于，包括：/nS1、根据待仿真船舶的基本信息、三维模型和型值表，识别所述船舶的型线、垂线及设计水线；/nS2、根据所述型线、垂线及设计水线和预先定义创建信息，创建所述船舶的计算域；/nS3、根据所述型线划分船体的曲面及船体曲面的曲率信息，生成船体面网格；/nS4、根据所述船体面网格，生成用于捕捉划过船体表面的流体流动变化的边界层网格；/nS5、基于船体面网格和边界层网格、计算域，生成包括近流场和远流场的且用于输出的船体网格。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟试验平台的船体网格自动划分方法，其特征在于，包括：
S1、根据待仿真船舶的基本信息、三维模型和型值表，识别所述船舶的型线、垂线及设计水线；
S2、根据所述型线、垂线及设计水线和预先定义创建信息，创建所述船舶的计算域；
S3、根据所述型线划分船体的曲面及船体曲面的曲率信息，生成船体面网格；
S4、根据所述船体面网格，生成用于捕捉划过船体表面的流体流动变化的边界层网格；
S5、基于船体面网格和边界层网格、计算域，生成包括近流场和远流场的且用于输出的船体网格。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
基于船体面网格和边界层网格，填充体网格；
对所述计算域进行分块，生成近流场和远流场；
依据设置的不同类型和尺寸的网格，生成船体网格。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述计算域进行分块，生成近流场和远流场，包括：
将计算域分为船体近流场控制域和远流场控制域；近流场控制域以设计水线面、中线面和中站面为基准，向外延伸半个船宽的距离，剩余部分为远流场控制域；
远流场控制域的网格的分辨率由大到小，逐渐过渡至尾流区。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓原，夏媛媛，姜雨函，朱慎超，张兰，赵新越，张露露，
申请(专利权)人：智慧航海青岛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37