一种基于隐式几何模型的计算机力学分析数值模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种基于隐式几何模型的计算机力学分析数值模拟方法，可应用于计算力学相关的机械工程、地质勘探、城市基础建设等领域。该方法针对复合多个隐式边界的隐式几何模型，结合数值流形方法的思想构建有限覆盖系统建立数值模拟平衡方程，并设计针对隐式表达实体空间和曲面的积分策略支撑数值模拟平衡方程中刚度矩阵、固定约束矩阵和外力载荷的计算，为工程计算领域提供了新的数值模拟解决方案。本发明专利技术提出数值模拟方法计算网格可不与实体边界保持一致，在保证计算精度的基础上，避免了边界一致网格划分的预处理过程，在科学和工程计算领域具有良好应用前景。工程计算领域具有良好应用前景。工程计算领域具有良好应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于隐式几何模型的计算机力学分析数值模拟方法


[0001]本专利技术涉及计算机图形学、结构力学分析、数值模拟等领域，其目的是设计一种可应用于计算力学分析的数值模拟方法，具体包括数值流形方法有限覆盖系统构建、数值模拟平衡方程创建与求解、模型内部物理属性场计算与分析等内容。

技术介绍

[0002]数值模拟是利用计算机软件和硬件，采用一定的方法和策略，模拟和解释自然界和工程界物理规律和现象的技术。近几十年来，在工程计算领域相继涌现出有限差分法，有限体积法，边界元法，有限元法等众多数值模拟技术。其中有限元数值模拟计算的基础理论和方法发展较为成熟且具有良好的通用性，在相关领域应用非常广泛。数值流形方法可以认为是对有限元方法的一般性拓展，其思想和理论更具有普遍性，有限元方法也只是数值流形方法在特定有限覆盖系统下的特例。作为最近广受关注的数值模拟技术，数值流形方法的理论和技术在解决更为广泛的数学和物理问题方面具有很大潜力。
[0003]目前，有限元等主流数值模拟方法通常需要在前处理过程中采用显式参数化曲线曲面或网格等方式进行几何建模，曲面之间的布本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于隐式几何模型的计算机力学分析数值模拟方法，用于计算力学数值模拟，应用于计算力学分析相关的机械工程、地质勘探、城市基础建设领域；其特征在于，包括以下步骤：步骤A：输入隐式几何模型与边界条件，在输入过程中，将隐式几何模型结构用计算机语言描述和实现并正确读入计算机内存；其中隐式几何模型通过复合多个隐式边界隐式表达几何实体确定计算区域，边界条件用于确定实体边界所受固定约束和外力载荷；步骤B：根据输入的隐式几何模型，结合数值流形方法构建有限覆盖系统；步骤C：根据构建的有限覆盖系统和实体边界所受固定约束、外力载荷边界条件建立数值模拟平衡方程并求解；步骤D：根据数值模拟平衡方程求解得到的系统未知数向量以及计算区域有限覆盖系统计算实体内物理属性场分布并分析，所述物理属性场包括位移、应变、应力。2.根据权利要求1所述的一种基于隐式几何模型的计算机力学分析数值模拟方法，其特征在于：所述步骤A进一步包括：将隐式几何模型和模型边界条件输入到计算机内存，其在计算机内存中的数据组织方式是通过计算机语言实现的数据结构，其中隐式几何模型结构定义在笛卡尔网格上，根据笛卡尔网格单元内包含隐式边界的数量，将单元类型分为基本单元、边界单元和复合单元；其中边界单元和基本单元通过在每个单元顶点处存储单个标量值定义单个隐函数；边界单元内部隐函数描述单个隐式边界，基本单元内部不包含隐式边界，其隐函数用于区分实体区域内外；复合单元顶点存储多个标量值以定义多个隐函数，并通过局部构造实体几何树组织各个隐函数从而描述多个隐式边界及其相互作用；本步骤输入的边界条件确定相应几何实体边界是否为固定边界，受到系统外力大小以方便后续建立数值模拟平衡方程并求解。3.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：段忠祥，杨钦，李吉刚，孟宪海，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：