基于人工交互的二维SBFEM-FEM耦合数值网格识别方法及系统技术方案

本发明专利技术属于计算机数值模拟建模技术领域，特别涉及一种基于人工交互的二维SBFEM

【技术实现步骤摘要】
基于人工交互的二维SBFEM
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FEM耦合数值网格识别方法及系统


[0001]本专利技术属于计算机数值模拟建模
，特别涉及一种基于人工交互的二维SBFEM
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FEM耦合数值网格识别方法及系统。

技术介绍

[0002]随着计算机技术的发展，数值模拟方法愈发成熟，已成为工程领域主流研究手段之一。数值模拟中建模的一个重要步骤是把连续体离散为有限个单元网格，针对同一模型，采用不同尺寸的单元网格进行离散的计算结果差异性较大。作为数值分析的基础，数值网格尺寸的选取对计算结果的可靠性和精确性都会产生较大的影响。特别是对于部分应力状态复杂的结构，其在受力状态下难以保持线弹性的应力应变关系，需要更为精细的网格来反映其应力应变状况。工程中常存在尺度跨越大的结构体系，若对结构体系统一尺寸精细剖分则生成网格数量大，难以承受其计算量；若为满足计算要求采用常规大尺度网格，则对核心复杂部位难以达到精细分析。
[0003]对于结构体系尺度跨越大问题，在二维方面传统方法常采用四分树方法进行离散，对模拟的二维对象外接正方形，以四个小正方形对目标正方形进行等分，判别小正方形是否在域外从而递归重复划分，最终形成可由大尺度单元逐渐过渡到小尺度单元的二维SBFEM
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FEM耦合网格，该耦合网格有多边形单元以及常规的三角形、四边形有限单元。采用SBFEM
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FEM耦合法对该网格进行求解，SBFEM求解多边形单元，FEM求解常规有限元。但四分树法也存在不足之处，即对尺度跨越大的结构体系进行离散时，需要由大尺度单元逐步过渡到小尺度单元，增加了工作量和网格数量，并且难以做到根据人为需要而任意对位置进行局部网格加密，人为可控性低。为了加强对结构网格剖分时的人为操控性，常采用CAD软件划分网格，但目前基于CAD绘图软件所划分的网格大都局限于对于常规的三角形、四边形单元等有限元的识别与生成，所能识别并生成的单元种类相对比较单一，无法同时做到对常规的有限元如三角形、四边形单元以及对多边形单元的全部识别并生成相应单元，仅能生成单一的有限元或者单一的多边形比例边界有限元。如何快速、高效地生成数值网格来满足数值模拟计算成为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术提供一种基于人工交互的二维SBFEM
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FEM耦合数值网格识别方法及系统，基于人工交互来识别并生成比例边界有限元
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有限元二维耦合数值网格，可操控强，效率高，能够满足结构模型数值模拟应用需求。
[0005]按照本专利技术所提供的设计方案，提供一种基于人工交互的二维SBFEM
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FEM耦合数值网格识别方法，包含如下内容：
[0006]读取模型二维网格图形，通过识别和裁剪模型中二维网格图形线段来获取并存储有效节点和有效线段；
[0007]依据有效节点和有效线段来获取有效节点与线段之间的拓扑关系，并依据拓扑关系构建节点关系矩阵、节点连接向量、节点编号向量、节点排序向量和线段夹角向量；
[0008]利用节点与线段的拓扑关系及封闭域构造来生成有效节点的多边形比例边界有限元；
[0009]组装有效节点和多边形比例边界有限元信息，并生成二维比例边界有限元
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有限元耦合网格。
[0010]作为本专利技术中基于人工交互的二维SBFEM
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FEM耦合数值网格识别方法，进一步地，通过识别和裁剪模型中二维网格图形线段来获取并存储有效节点和有效线段，包含：首先，识别二维网格图形中关键点和线段，定位关键点坐标并求解获取原线段中的交点，在交点处将各原线段裁剪为多个子线段；然后，求解节点被公用次数，通过将公用次数与预设阈值进行比对来识别有效节点和有效线段。
[0011]作为本专利技术中基于人工交互的二维SBFEM
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FEM耦合数值网格识别方法，进一步，通过将公用次数与预设阈值进行比对来识别有效节点和有效线段中，将公用次数大于预设阈值的节点判定为无效节点，将判定为无效节点所属的线段视为无效线段，剩余的节点及线段即作为有效节点和有效线段。
[0012]作为本专利技术中基于人工交互的二维SBFEM
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FEM耦合数值网格识别方法，进一步，依据有效节点和有效线段来获取有效节点与线段之间的拓扑关系，包含：首先，通过对有效节点和有效线段重新排序来生成网格，然后，创建用于存储有效节点编号和坐标信息的节点类和用于存储有效线段编号和组成有效线段节点编号信息的线段类。
[0013]作为本专利技术基于人工交互的二维SBFEM
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FEM耦合数值网格识别方法，进一步地，依据拓扑关系构建节点关系矩阵、节点连接向量、节点编号向量、节点排序向量和线段夹角向量，包含：首先，根据有效节点之间的连接关系来创建节点关系矩阵；接着，根据节点关系矩阵中的上三角矩阵来创建节点连接向量；然后，处理共用节点的所有线段，并创建用于存储共用节点的线段在整个网格中编号信息的节点编号向量，创建用于存储节点在相应共用线段中排序信息的节点排序向量，创建用于存储以共用节点为基准的线段与X轴正向夹角信息的线段夹角向量。
[0014]作为本专利技术基于人工交互的二维SBFEM
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FEM耦合数值网格识别方法，进一步地，利用节点与线段的拓扑关系及封闭域构造来生成有效节点的多边形比例边界有限元，包含：首先，依次识别有效节点是否可生成多边形比例边界有限元的新单元；接着，针对可生成新单元的有效节点，识别共用节点的线段，并将相邻线段两两归为一组，每组线段设置终结边、起始边以及终结点和过渡点；然后，求解每组线段终结点和过渡点的连接关系，如果连接关系求解结果为终结点与过渡点可连成线段，则生成新单元，否则识别下一过渡点，直至过渡点可与终结点连成线段，直至所有可生成新单元的有效节点被识别完毕。
[0015]作为本专利技术基于人工交互的二维SBFEM
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FEM耦合数值网格识别方法，进一步地，识别有效节点是否可生成多边形比例边界有限元的新单元，包含：通过判断有效节点的节点连接向量是否满足预设数值，若满足，则判定该有效节点可生成新单元，否则，判定该有效节点不可生成新单元。
[0016]作为本专利技术基于人工交互的二维SBFEM
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FEM耦合数值网格识别方法，进一步地，针对可生成新单元的有效节点，识别共用节点的线段，并将相邻线段两两归为一组，每组线段
设置终结边、起始边以及终结点和过渡点，包含：首先，设置有效节点a生成的新单元有n个节点，且有效节点a为第一节点；接着，识别共用节点a的所有线段，将每相邻两线段归为一组，相邻两线段中下一个线段夹角向量大于当前线段夹角向量，则设置下一个线段为终结边且该线段的另外一节点为终结点b，当前线段为起始边且该线段的另外一节点为过渡点m。
[0017]作为本专利技术基于人工交互的二维SBFEM
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FEM耦合数值网格识别方法，进一步地，求解每组线段终结点和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于人工交互的二维SBFEM
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FEM耦合数值网格识别方法，其特征在于，包含如下内容：读取模型二维网格图形，通过识别和裁剪模型中二维网格图形线段来获取并存储有效节点和有效线段；依据有效节点和有效线段来获取有效节点与线段之间的拓扑关系，并依据拓扑关系构建节点关系矩阵、节点连接向量、节点编号向量、节点排序向量和线段夹角向量；利用节点与线段的拓扑关系及封闭域构造来生成有效节点的多边形比例边界有限元；组装有效节点和多边形比例边界有限元信息，并生成二维比例边界有限元
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有限元耦合网格。2.根据权利要求1所述的基于人工交互的二维SBFEM
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FEM耦合数值网格识别方法，其特征在于，通过识别和裁剪模型中二维网格图形线段来获取并存储有效节点和有效线段，包含：首先，识别二维网格图形中关键点和线段，定位关键点坐标并求解获取原线段中的交点，在交点处将各原线段裁剪为多个子线段；然后，求解节点被公用次数，通过将公用次数与预设阈值进行比对来识别有效节点和有效线段。3.根据权利要求2所述的基于人工交互的二维SBFEM
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FEM耦合数值网格识别方法，其特征在于，通过将公用次数与预设阈值进行比对来识别有效节点和有效线段中，将公用次数大于预设阈值的节点判定为无效节点，将判定为无效节点所属的线段视为无效线段，剩余的节点及线段即作为有效节点和有效线段。4.根据权利要求1所述的基于人工交互的二维SBFEM
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FEM耦合数值网格识别方法，其特征在于，依据有效节点和有效线段来获取有效节点与线段之间的拓扑关系，包含：首先，通过对有效节点和有效线段重新排序来生成网格，然后，创建用于存储有效节点编号和坐标信息的节点类和用于存储有效线段编号和组成有效线段节点编号信息的线段类。5.根据权利要求1或4所述的基于人工交互的二维SBFEM
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FEM耦合数值网格识别方法，其特征在于，依据拓扑关系构建节点关系矩阵、节点连接向量、节点编号向量、节点排序向量和线段夹角向量，包含：首先，根据有效节点之间的连接关系来创建节点关系矩阵；接着，根据节点关系矩阵中的上三角矩阵来创建节点连接向量；然后，处理共用节点的所有线段，并创建用于存储共用节点的线段在整个网格中编号信息的节点编号向量，创建用于存储节点在相应共用线段中排序信息的节点排序向量，创建用于存储以共用节点为基准的线段与X轴正向夹角信息的线段夹角向量。6.根据权利要求1所述的基于人工交互的二维SBFEM
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FEM耦合数值网格识别方法，其特征在于，利用节点与线段的拓扑关系及封闭域构造来生成有效节点的多边形比例边界有限元，包含：首先，依次识别有效节点是否可生成多边形比例边界有限元的新单元；接着，针对可生成新单元的有效节点，识别共用节点的线段，并将相邻线段两两归为一组，每组线段设置终结边、起始边以及终结点和过渡点；然后，求解每组线段终结点和过渡点的连接关系，如果连接关系求解结果为终结...

【专利技术属性】
技术研发人员：余翔，赖远平，薛冰寒，王钰轲，郑浩然，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：