一种基于有限元模型的几何重构方法技术

本发明专利技术是针对有限元离散化的几何模型给出一种重构算法。首先输入有限元离散网格确立其网格拓扑关系，通过求解拉普拉斯偏微分方程为网格节点添加稳态热场值；其次，抽取模型的表面网格和边界，根据几何离散边界矢量值设定合理的阈值来确定等温面；经过去重叠、提取等温线和域边界并设定目标函数进行边界求交运算，根据求交结果判断子域的奇偶性，再对不同子域进行设定目标函数进行合理的四边形子域划分；最后，对子域进行离散边界排序和边界光顺，通过线性插值出子域内部控制点实现B样条体参数化，并利用等几何分析验证重构几何的准确性；实例结果表明，文中提出的算法较好的解决了有限元模型的几何重构问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于有限元模型的几何重构方法
本专利技术应用在逆向工程中体参数化几何重构领域，是一种专门针对有限元离散化几何模型实现B样条体参数化表达的方法。
技术介绍
B样条体参数化模型构建前，是将复杂模型划分为四边形或六面体子域，这个操作类似于传统有限元网格生成中的子域生成。一直以来有限元中子域生成采用手动切割实体来实现，而最近等几何分析技术的兴起也急需解决手动分割带来的弊端。四边形网格自动域划分的方法，更多的是以三角剖分为底层网格，在此基础上进行网格合并算法实现几何图形划分成大的四边形域，如：由区域生长算法通过网格来逐渐填充几何区域。对于N(N≠4)边几何分割使用Gregory算法，通过共轭梯度数值为优化函数解决了N边域的自动划分并生成参数化的非自交网格。以Q-Morph算法为基础实现增加约束后自动生成二维多边形域的划分。并且还有在栅格法的基础上利用表层网格法实现六面体网格自动划分与重划分。普遍是利用一系列网格操作实现了四边网格模型的子域分割，并进而重建为体参数化模型，这些方法能处理任意的二维模型，但是算法较多依赖一些经验参数，并且很难实现从二维区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于有限元模型的几何重构方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、对有限元模型数据进行模型简化，依据数据之间的拓扑关系实现可视化表达，构建相应的离散化网格模型；/n步骤2、根据热场理论，对离散化网格模型施加稳态热场，求解得到所有网格离散节点的热场值；/n步骤3、以网格为对象对离散化网格模型进行几何子域分割，包括：/n求解边界向量差值与余弦定理的关系，设定阈值确定离散化网格模型的角点和边界，定义两边界角度值θ，对于θ≥135°为几何待分割点，其后温度值范围等距分布，以此来定义温度场阈值，其中，六面体有限元模型通过提取几何的表面网格来简化成四边形网格模型；/n步骤4、对经过步骤3初次分割...

【技术特征摘要】
1.一种基于有限元模型的几何重构方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对有限元模型数据进行模型简化，依据数据之间的拓扑关系实现可视化表达，构建相应的离散化网格模型；
步骤2、根据热场理论，对离散化网格模型施加稳态热场，求解得到所有网格离散节点的热场值；
步骤3、以网格为对象对离散化网格模型进行几何子域分割，包括：
求解边界向量差值与余弦定理的关系，设定阈值确定离散化网格模型的角点和边界，定义两边界角度值θ，对于θ≥135°为几何待分割点，其后温度值范围等距分布，以此来定义温度场阈值，其中，六面体有限元模型通过提取几何的表面网格来简化成四边形网格模型；
步骤4、对经过步骤3初次分割的离散化网格模型进行邻域去重叠，消除邻域之间离散网格的并用问题；
步骤5、提取出每个子域离散边界，通过子域离散边界和几何离散边界确定子域的几何域边界与等值线的关系，并求几何域边界之间的交点，其中，几何域边界为离散化网格模型边界与子域边界重合部分，等值线为离散化网格模型边界与子域边界不重合部分；
步骤6、确定子域交点判断子域的奇偶性，对非四边形子域进行子域合理的划分，包括以下步骤：
根据模型角点数量N与子域边界交点数量M之和判断每一个子域是否为四边形子域：当N+M＝4时，则为四边形子域；当N+M≠4∪(N+M)％2＝0时则为偶数边域，否则为奇数边子域：
偶数多边形子域划分：前沿边的确定，生长侧边，连接侧边端点生成顶边，保证值最小，该算法只对边界敏感，建立约束条件：以奇异边界交点为待分割点；边界在子域内部严格不相交；域的角度θ＝acos(k)标准差最小值来确定待分割子域，k表示两边界夹角余弦值；利用向量公式得出目标函数f：



式中，ki表示第i边与i+1边两边界夹角余弦值。
奇数多边形子域划分：已知一个奇数N边形子域，各顶点为Vk，o为其多边形域的中心点，第k条边记为Ek＝(1-s)Vk+sVk+1，Ek中点Mk坐标Mk＝0.5(Vk+Vk+1)，由此在参数域内构成了n个由oM...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈龙，伯龙飞，杨向前，卜宁远，燕楠，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31