一种基于BRep模型的多面域地层有限元网格生成方法技术

本发明专利技术提供一种基于BRep模型的多面域地层有限元网格生成方法，涉及三维地质建模技术领域。主要研究内容包括：对建模区域的钻孔数据进行处理，以Delaunay三角剖分为基础，生成露天矿采场面，结合距离幂次反比法对地层界面以及断层界面等进行插值生成；根据建模所需范围建立模型范围网格；对地层界面与断层界面之间进行处理，建立地层界面与断层界面之间的BRep模型；然后，建立模型范围网格与地层界面以及断层界面之间的BRep模型，即为多面域地层的BRep模型；对多面域地层空间进行不规则四面体剖分，实现基于BRep模型的多面域地层空间有限元网格生成。结果表明，该方法能精确地生成多面域地层空间的有限元网格，有效提高工作效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于BRep模型的多面域地层有限元网格生成方法


[0001]本专利技术涉及三维有限元网格生成
，尤其涉及一种基于BRep模型的多面域地层有限元网格生成方法。

技术介绍

[0002]目前，有限元数值模拟在岩土领域得到广泛应用，但定量分析结果与实际偏差较大。分析误差原因，与有限元网格的准确度有较大关系，由于多面域地层空间的复杂地质模型建模过程极其困难，往往会对模型进行简化，这样会直接影响到计算精度。对实际工程中任意性开挖的模拟较为复杂，对含断层等复杂地质构造的建模繁琐，需要研究人员有较高的水准，也严重影响了多面域地层空间有限元分析的进一步应用。因此，寻求一种简单高效，且精度高的多面域地层空间建模方法是一个迫切需要解决的问题，其对实际应用具有重大意义。
[0003]目前，已经有一些三维地质模型的构建方法普遍应用。三维模型按照集合特点可大致分为三类：体模型、面模型以及线模型。其中，体模型按照表示方法可分为：边界表示(BRep)、构造表示(CSG)以及分解表示。但在针对于多面域地层空间的复杂地质三维实体模型方面仍然存在一些精度不够、效率低及适应条件有限等问题，这些问题都限制着有限元数值模拟在岩土领域的应用。因此，针对多面域地层空间的有限元网格生成方法至关重要。
[0004]专利技术方法
[0005]针对新技术的出现和现有技术的缺陷，本专利技术提供一种基于BRep模型的多面域地层有限元网格生成方法。
[0006]一种基于BRep模型的多面域地层有限元网格生成方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：建立露天矿采场、地层界面和断层界面的三角形网格，具体方法为：
[0008]对露天矿采场台阶线进行约束Delaunay三角形剖分，生成露天矿采场面；以钻孔岩性分布数据为样本，使用距离平方反比法对所需要的岩性数据进行插值，分别生成各地层界面和断层界面的三角形网格。得到露天矿采场面的三角形集T＝{t1,t2,...,t
i
,...,t
n
}，其中，t
i
为露天矿采场面的第i个三角形，i∈[1,n]，n为露天矿采场面的三角形总数；得到地层界面的三角形集L＝{l
11
,l
12
,...,l
re
,...,l
oq
}，其中，l
re
为第r层地层界面上的第e个三角形，q为第o层地层界面上的三角形总数；得到断层界面的三角形集F＝{f
11
,f
12
,...,f
hg
,...,f
vb
}，其中，f
hg
为第h层断层界面上的第g个三角形，b为第v层断层界面上的三角形总数。
[0009]步骤2：建立以采场为表面的模型范围网格，具体方法为：
[0010]步骤2.1：按照给定的建模范围的长、宽和高尺寸，建立模型范围的四边形网格；
[0011]进一步地，得到四边形集M＝{m1,m2,...,m
x
,...,m
z
}，其中，m
x
为模型范围四边形网格上的第x个四边形，x∈[1,z]，z为模型范围四边形的总数。
[0012]步骤2.2：采场界面约束模型范围网格，形成以采场为表面的模型范围网格集M
′
，具体方法为：
[0013]步骤2.2.1：用露天矿采场界面与模型范围网格求交，得到交线P＝{p1,p2,...,p
y
,...,p
u
}，作为约束边，其中，p
y
为约束线上的第y个点，y∈[1,u]，u为约束线上点的总数；
[0014]步骤2.2.2：将约束边P按Delaunay准则分别加入到采场界面三角形集T和模型范围网格集M，利用约束边为界删除多余的采场界面三角形和模型范围网格四边形，保留有效的采场三角形和模型范围四边形，并进行组合，形成以采场为表面的模型范围网格集M
′
。
[0015]步骤3：地层界面与断层界面之间进行相互约束，具体方法为：
[0016]步骤3.1：对地层界面进行约束，得到有效的地层面三角形集L'；
[0017]进一步地，两个相互约束的地层界面三角形网格L和断层界面三角形网格F求交，得地层界面与断层界面之间的交线，将该交线作为地层界面的约束边P，将约束边P按Delaunay准则加入到地层界面三角形集L，并以约束边P为界删除地层界面多余三角形，保留有效地层面三角形集L'。
[0018]步骤3.2：将约束边P按Delaunay准则加入到断层界面三角形网格F，形成断层面F'；
[0019]进一步地，按照各个地层的生成机理来确定地层间的拓扑关系，根据地层界面顺序对以上方法进行重复操作，直到完成所有地层界面与断层界面之间的求交并约束断层界面三角形网格，即实现了实现地层界面与断层界面之间的约束。
[0020]步骤4：建立多面域地层空间BRep模型，具体方法为：
[0021]步骤4.1：使用由露天矿采场面构建的范围网格M'对地层界面L'进行多面域BRep模型建立，具体建立方法为：
[0022]步骤4.1.1：根据建立两个相互约束的地层界面L'和模型范围网格M
′
求得地层界面与模型范围网格之间的交线，将该交线作为地层界面的约束线P按Delaunay准则加入到地层界面三角形网格，以约束线P为界删除地层界面多余三角形网格，保留有效地层面L”；
[0023]步骤4.1.2：用地层界面L'对外围网格M'进行约束操作，将约束后的外围网格进行组合，形成外围网格M
″
，根据地层界面顺序对以上方法进行重复操作，直到完成所有地层界面与范围网格之间的约束操作，即实现实现地层界面与范围网格之间的约束。
[0024]步骤4.2：使用由露天矿采场面构建的外围网格M”对断层界面F'进行多面域BRep模型建立，具体建立方法为：
[0025]步骤4.2.1：求得断层界面F'与外围网格M”之间的交线，将该交线作为断层界面的约束线P按Delaunay准则加入到断层界面三角形网格，以约束线P为界删除断层界面多余三角形网格，保留有效断层面F”；
[0026]步骤4.2.2：用断层界面F'对外围网格M”进行约束操作，将约束后的外围网格进行组合，形成外围网格M
”′
，根据顺序对以上方法进行重复操作，直到完成所有断层界面与外围网格之间的约束操作，即完成建立多面域地层空间BRep模型。
[0027]步骤5：多面域地层空间BRep模型四面体剖分生成有限元网格；
[0028]进一步地，对建立的多面域地层空间BRep模型进行Delaunay不规则四面体剖分，实现基于BRep模型的多面域地层空间有限元网格生成。
[0029]由上述技术方案可知，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的一种基于BRep模型的多面域地层有限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于BRep模型的多面域地层有限元网格生成方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：建立露天矿采场、地层界面和断层界面的三角形网格；步骤2：建立以采场为表面的模型范围网格，具体方法为：步骤2.1：按照给定的建模范围的长、宽和高尺寸，建立模型范围的四边形网格；步骤2.2：采场界面约束模型范围网格，形成以采场为表面的模型范围网格集M
′
；步骤3：地层界面与断层界面之间进行相互约束，具体方法为：步骤3.1：对地层界面进行约束，得到有效的地层面三角形集L'；步骤3.2：将约束边P按Delaunay准则加入到断层界面三角形网格F，形成断层面F'；步骤4：建立多面域地层空间BRep模型，具体方法为：步骤4.1：使用由露天矿采场面构建的范围网格M'对地层界面L'进行多面域BRep模型建立；步骤4.2：使用由露天矿采场面构建的外围网格M”对断层界面F'进行多面域BRep模型建立；步骤5：多面域地层空间BRep模型四面体剖分生成有限元网格。2.根据权利要求1所述的一种基于BRep模型的多面域地层有限元网格生成方法，其特征在于：所述步骤1的具体方法为：对露天矿采场台阶线进行约束Delaunay三角形剖分，生成露天矿采场面；以钻孔岩性分布数据为样本，使用距离平方反比法对所需要的岩性数据进行插值，分别生成各地层界面和断层界面的三角形网格。得到露天矿采场面的三角形集T＝{t1,t2,...,t
i
,...,t
n
}，其中，t
i
为露天矿采场面的第i个三角形，i∈[1,n]，n为露天矿采场面的三角形总数；得到地层界面的三角形集L＝{l
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}，其中，l
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为第r层地层界面上的第e个三角形，q为第o层地层界面上的三角形总数；得到断层界面的三角形集F＝{f
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}，其中，f
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为第h层断层界面上的第g个三角形，b为第v层断层界面上的三角形总数。3.根据权利要求1所述的一种基于BRep模型的多面域地层有限元网格生成方法，其特征在于：所述步骤2的具体方法为：步骤2.1：按照给定的建模范围的长、宽和高尺寸，建立模型范围的四边形网格；进一步地，得到四边形集M＝{m1,m2,...,m
x
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z
}，其中，m
x
为模型范围四边形网格上的第x个四边形，x∈[1,z]，z为模型范围四边形的总数。步骤2.2：采场界面约束模型范围网格，形成以采场为表面的模型范围网格集M
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，具体方法为：步骤2.2.1：用露天矿采场界面与模型范围网格求交，得到交线P＝{p1,p2,...,p
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈应显，王鹏飞，李广贺，王东，贾兰，姜聚宇，张立国，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：