基于B-rep模型和笛卡尔网格切片的网格生成方法技术

本发明专利技术公开了基于B

【技术实现步骤摘要】
基于B
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rep模型和笛卡尔网格切片的网格生成方法


[0001]本专利技术涉及CAE仿真分析
，特别涉及基于B
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rep模型和笛卡尔网格切片的网格生成方法。

技术介绍

[0002]在CAE（computer aided engineering，计算机辅助工程）仿真中，需要将连续几何离散成有限的单元进行仿真计算，而离散后的几何表达称为网格。在目前的网格生成流程中，传统的网格在几何表面上布点，然后连接生成三角面片网格，对于几何复杂的仿真案例，三角面片网格生成极为复杂，且生成时间较长。为了简化网格生成问题，笛卡尔cut
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cell（切割单元）网格作为一种更简单的网格结构逐步在流体、电磁仿真中得到了研究应用与开发。cut
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cell网格需要笛卡尔网格和物体几何模型同时构建，笛卡尔网格是由六面体网格单元组成且网格沿笛卡尔坐标轴连续排布的网格类型。物体几何模型通常包括B
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rep (Boundary representation，边界表示)模型和stl模型（以三角形集合来表示物体外轮廓形状的几何模型）。B
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rep模型是一种3D几何模型表达方式，其通过nurb（Non
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Uniform Rational B
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Splines，非均匀有理B样条）曲面来表达几何边界，拥有极高的几何精度，STL模型是物体表面的三角面片离散化后的几何模型。
[0003]起初，学术界中cut
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cell网格生成方法更多是近似求解物体表面轮廓，在2010年，有学者将cut
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cell网格生成问题转换成一个marching cube（等值面提取）算法问题，即仅判断每个笛卡尔网格节点在物体内部或者外部，分别给予
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1和1的赋值，然后截取等值面为0的表面近似为物体表面，这个方法虽然直接避开了几何求交过程，但是采用等值面去近似拟合复杂的几何面，会丢失大量的几何信息，并且完全无法应用于复杂几何模型，仅能在学术界针对简单模型使用。部分学者同样没有直接求出cut
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cell网格的几何边界，而是求出物体几何与笛卡尔网格相交部分的体积占比，转而去适配改进下游的仿真求解器。显然，上述两种方法主要针对没有几何求交能力的学者使用，由于完全丢失了几何边界信息，无法在工业界得到使用。
[0004]随后，研究者逐渐开发出精确求解物体原始边界的算法，研究者提出将代表物体的stl三角面片模型和代表笛卡尔网格每个正四边形进行大量的布尔运算，然后将每组布尔运算结果相互组合，形成cut
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cell网格，虽然这种计算方法比较准确，但也存在几个主要缺点：（1）计算时间较长；计算时长与代表物体几何的三角面片个数和笛卡尔网格数目的乘积，一旦模型过于复杂，则会导致计算时长过长，无法被工业界所接受。
[0005]（2）同一条相交边会被四次布尔运算分别算出，即分别由四个相共边的笛卡尔四边形与同一个三角形求交生成，由于计算机存在浮点数误差，会导致两次求解结果会有细微差距，从而导致最终生成的cut
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cell网格无法构建密封的拓扑连接关系，对于部分下游仿真求解器无法使用。
[0006]（3）stl模型是一种简略版本的三角面片网格，复杂几何stl模型生成过程本身比
较困难。
[0007]因此，如何提供一种计算简单、误差小的网格生成方法，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0008]本申请实施例提供了基于B
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rep几何模型和笛卡尔切片技术的网格生成方法，旨在解决现有技术生成网格的计算时间长、精度差的问题。
[0009]本申请提供了基于B
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rep几何模型和笛卡尔切片技术的网格生成方法，包括：获取用户输入的目标几何和笛卡尔网格；根据目标几何得到目标几何的nurb曲面；计算笛卡尔网格的网格射线与目标几何的nurb曲面的交点，构建笛卡尔网格在目标几何上的切边，得到切边数据；通过半边数据结构和多边形布尔运算将切边数据构建成cut
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cell网格。
[0010]一种实施方式中，目标几何的模型为B
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rep模型，获取用户输入的目标几何和笛卡尔网格之后，包括：获取计算过程中的容差，容差为人工设置参数。
[0011]一种实施方式中，根据目标几何得到目标几何的nurb曲面，包括：根据目标几何，获取目标几何在B
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rep模型中的nurb曲面。
[0012]一种实施方式中，计算笛卡尔网格射线与目标几何的nurb曲面的交点之前，包括：构建用于存储计算节点的节点容器。
[0013]一种实施方式中，计算笛卡尔网格射线与目标几何的nurb曲面的交点，构建笛卡尔网格在目标几何上的切边，包括：计算笛卡尔网格射线与目标几何的nurb曲面的交点，构建笛卡尔网格在目标几何内部的切边和外部的切边。
[0014]一种实施方式中，计算笛卡尔网格射线与目标几何的nurb曲面的交点，构建笛卡尔网格在目标几何内部的切边，包括：计算x，y，z任意方向的笛卡尔网格射线与目标几何的相交区间；沿着坐标轴的方向通过笛卡尔网格点的网格节点打断，得到碎片化的线段，即为笛卡尔网格在目标几何内部的切边。
[0015]一种实施方式中，计算笛卡尔网格射线与目标几何的nurb曲面的交点，构建笛卡尔网格在目标几何外部的切边，包括：沿x，y，z任意方向，将笛卡尔网格任意方向的网格平面作为三维切面，与目标几何的所有nurb曲面求交，求交生成多个首尾相连nurb曲线；将生成的nurb曲线根据交点和方向进行首尾相连，构成三维切面与目标几何的相交轮廓；逐一将相交轮廓与所有网格射线进行求交，生成的交点作为相交轮廓的断点，根据交点在相交轮廓的相对参数用直线逐一相连，得到笛卡尔网格在目标几何外部的所有切边。
[0016]一种实施方式中，计算笛卡尔网格射线与目标几何的nurb曲面的交点，还包括：
将生成的交点逐一插入到所述节点容器中进行整理和合并。
[0017]一种实施方式中，通过半边数据结构和多边形布尔运算将切边数据构建成cut
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cell网格，包括：将所有目标几何内部的切边和外部的切边根据坐标关系分配到最近的笛卡尔网格面单元中，然后结合半边数据结构和多边形布尔运算算法组装切边数据，并生成最终的cut
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cell网格。
[0018]一种实施方式中，生成最终的cut
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cell网格之后，包括：cut
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cell网格通过二进制文件传输至仿真求解器，仿真求解器进行仿真求解，并输出结果。
[0019]本申请提出的基于B
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rep几何模型和笛卡尔切片技术的网格生成方法，其与现有技术相比，还可以带来如下显著进步：（1）算法充分利用笛卡尔网格特性，从而充分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于B
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rep模型和笛卡尔网格切片的网格生成方法，其特征在于，包括：获取用户输入的目标几何和笛卡尔网格；根据目标几何得到目标几何的nurb曲面；计算笛卡尔网格的网格射线与目标几何的nurb曲面的交点，构建笛卡尔网格在目标几何上的切边，得到切边数据；通过半边数据结构和多边形布尔运算将切边数据构建成cut
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cell网格。2.如权利要求1所述的基于B
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rep模型和笛卡尔网格切片的网格生成方法，其特征在于，所述目标几何的模型为B
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rep模型，所述获取用户输入的目标几何和笛卡尔网格之后，包括：获取计算过程中的容差，容差为人工设置参数。3.如权利要求2所述的基于B
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rep模型和笛卡尔网格切片的网格生成方法，其特征在于，所述根据目标几何得到目标几何的nurb曲面，包括：根据目标几何，获取目标几何在B
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rep模型中的nurb曲面。4.如权利要求1所述的基于B
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rep模型和笛卡尔网格切片的网格生成方法，其特征在于，所述计算笛卡尔网格射线与目标几何的nurb曲面的交点之前，包括：构建用于存储计算节点的节点容器。5.如权利要求4所述的基于B
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rep模型和笛卡尔网格切片的网格生成方法，其特征在于，所述计算笛卡尔网格射线与目标几何的nurb曲面的交点，构建笛卡尔网格在目标几何上的切边，包括：计算笛卡尔网格射线与目标几何的nurb曲面的交点，构建笛卡尔网格在目标几何内部的切边和外部的切边。6.如权利要求5所述的基于B
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rep模型和笛卡尔网格切片的网格生成方法，其特征在于，所述计算笛卡尔网格射线与目标几何的nurb曲面的交点，构建笛卡尔网格在目标几何内部的切边，包括：计算x，y，z任意方向的笛卡尔网格射线与目标几何的...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾家琦，吴欢成，张军飞，李会江，
申请(专利权)人：广州中望龙腾软件股份有限公司，
类型：发明
国别省市：