一种基于对偶操作的六面体网格奇异结构优化方法技术

本发明专利技术涉及一种基于对偶操作的六面体网格奇异结构优化方法，包括：输入六面体网格奇异结构，识别并确定所有需要进行分解的奇异点，进而确定出需要通过层插入操作所包含的奇异点周围面集；通过具有语义的列组合操作，移动且合并配对的奇异线，删除多余的奇异线；通过层删除操作进一步简化和优化奇异结构，得到具有简单结构的有效六面体网格。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术可以对一般的六面体网格进行高质量的简化和结构优化。质量的简化和结构优化。质量的简化和结构优化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于对偶操作的六面体网格奇异结构优化方法


[0001]本专利技术涉及有限元分析领域，更确切地说，它涉及一种基于对偶操作的六面体网格奇异结构优化方法。

技术介绍

[0002]随着计算机技术和数值方法的发展，有限元分析在工程领域的应用越来越广泛，所起到的作用也越来越大。进行有限元分析首先需要进行有限元网格划分，而且其分析的效率和精度直接取决于有限元网格的类型和质量。因此，高质量有限元网格的自动生成长期以来一直是有限元分析领域的一个重要研究方向。与四面体网格相比，同等网格数量下的六面体网格具有计算精度高和收敛速度快等优点，一直更加受到工业界的青睐，是有限元分析的理想网格类型。
[0003]此外，合理的六面体网格奇异结构布局有助于加速计算和收敛速度。然而，自动生成具有良好结构的六面体网格的高质量生成方法仍然是一项具有挑战性的任务。因此，提出一种有效的六面体网格奇异结构优化方法具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提出了一种基于对偶操作的六面体网格奇异结构优化方法，该方法针对不同类型的奇异结构设计有效的优化策略，使六面体网格得到深度的结构简化和优化，从而提高有限元分析的效果。
[0005]第一方面，提供了一种基于对偶操作的六面体网格奇异结构优化方法，包括：
[0006]S1、分解奇异点：输入六面体网格奇异结构，识别并确定所有需要进行分解的奇异点，进而确定出需要通过层插入操作所包含的奇异点周围面集；
[0007]S2、消除奇异线：通过具有语义的列组合操作，移动且合并配对的奇异线，删除多余的奇异线；
[0008]S3、进一步优化奇异结构：通过层删除操作进一步简化和优化奇异结构，得到具有简单结构的有效六面体网格。
[0009]作为优选，S1包括：
[0010]S101、确定奇异点及其周围面集；
[0011]S102、基于层插入操作，分解奇异点；
[0012]S103、执行基于质量预判的层操作。
[0013]作为优选，S102中，补全层插入所有面集需要优化求解，其中优化目标函数如下：
[0014]minimize E＝E
s
+E
p
[0015]E
p
＝∑p
i
*c
i
[0016][0017][0018][0019]2p
i
≤s0+s1≤2p
i
+1
[0020]其中，E表示整个优化函数，Es表示面集数量的代价值，Ep表示奇异引入惩罚值；Ci是为了平衡Es和Ep的约束条件而设置的参数；Si表示每个网格内部四边形是否被选中，若取值为1，则表示被选中，反之则为0；Finner表示所有网格内部的四边形面的集合；fi表示位于模型内部的四边形面，S表示被选中的需要细化的面集集合；e
i
表示与e边相邻的所有被选中的四边形的数量，a是一个辅助变量，用来约束e
i
之和为偶数；Einner表示位于模型内部的网格边；s0和s1表示S集合中任意的两个相邻四边形面；pi是为了判断两个相邻的四边形面之间是否存在拓扑弯折，若存在pi取值为1，反之取0。
[0021]作为优选，S103中，对于分裂边在新网格中的度数V(E1)和V(E2)的计算公式如下：
[0022]V(E1)＝|H1|+2
[0023]V(E2)＝|H2|+2
[0024]其中，E1和E2表示层插入操作后由E分裂得来的两条边，H1和H2是指由E和周围选中面集所形成的局部分割的两块区域，|H1|和|H2|分别表示区域划分后的单元数量。
[0025]作为优选，S103中，预判层删除后网格质量的计算公式如下：
[0026][0027][0028]其中，v
e
是指当前边的度数，v
ei
是指层删除后网格边的度数，v
eI
是网格边的理想长度，根据不同的情况取不同的值；和是指层中位于模型内部的且需要合并的两条网格边，和是指层中位于模型边界的确需要合并的两条网格边。
[0029]作为优选，S103中，如果网格边位于模型内部，v
eI
的取值为4；如果位于模型表面，v
eI
取值为3；如果位于模型的硬边界上，v
eI
＝[(π/4+α)/(π/2)]+1，π/4≤α≤2π，其中α指的是硬边界处的二面角角度。
[0030]作为优选，S1中，当无法找到能够优化的层插入面集时，迭代终止。
[0031]作为优选，S2包括：
[0032]S201、确定同一几何面上所有拓扑平行的奇异线；
[0033]S202、移动奇异边对，并消除多余的奇异边。
[0034]作为优选，S3包括：
[0035]S301、确定需要删除层；
[0036]S302、执行层删除操作。
[0037]第二方面，提供了一种基于对偶操作的六面体网格奇异结构优化装置，用于执行如第一方面所述的基于对偶操作的六面体网格奇异结构优化方法，包括：
[0038]分解模块，用于输入六面体网格奇异结构，识别并确定所有需要进行分解的奇异点，进而确定出需要通过层插入操作所包含的奇异点周围面集；
[0039]消除模块，用于通过具有语义的列组合操作，移动且合并配对的奇异线，删除多余
的奇异线；
[0040]优化模块，用于通过层删除操作进一步简化和优化奇异结构，得到具有简单结构的有效六面体网格。
[0041]本专利技术的有益效果是：本专利技术可以对一般的六面体网格进行高质量的简化和结构优化。通过识别并确定出所有需要进行分解的奇异点及其周围面集，将奇异点分解为独立的奇异边；通过具有语义的列组合操作，移动且合并配对的奇异线，删除多余的奇异线；通过层删除操作进一步简化和优化奇异结构，得到具有简单结构的有效六面体网格。
附图说明
[0042]图1为本专利技术提供的一种基于对偶操作的六面体网格奇异结构优化方法的流程图；
[0043]图2为奇异结构的示意图；
[0044]图3为本专利技术可以处理的三种奇异点分解类型A、B和C的奇异结构图；
[0045]图4为奇异点分解的过程示意图；
[0046]图5为初始面集的构建过程示意图；
[0047]图6为面集对层插入拓扑质量的影响示意图；
[0048]图7为奇异线消除的过程示意图。
具体实施方式
[0049]下面结合实施例对本专利技术做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本专利技术。应当指出，对于本
的普通人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以对本专利技术进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本专利技术权利要求的保护范围内。
[0050]作为一种实施例，本申请提供了一种基于对偶操作的六面体网格奇异结构优化方法，如图1所示，包括：
[0051]S1、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于对偶操作的六面体网格奇异结构优化方法，其特征在于，包括：S1、分解奇异点：输入六面体网格奇异结构，识别并确定所有需要进行分解的奇异点，进而确定出需要通过层插入操作所包含的奇异点周围面集；S2、消除奇异线：通过具有语义的列组合操作，移动且合并配对的奇异线，删除多余的奇异线；S3、进一步优化奇异结构：通过层删除操作进一步简化和优化奇异结构，得到具有简单结构的有效六面体网格。2.根据权利要求1所述的基于对偶操作的六面体网格奇异结构优化方法，其特征在于，S1包括：S101、确定奇异点及其周围面集；S102、基于层插入操作，分解奇异点；S103、执行基于质量预判的层操作。3.根据权利要求2所述的基于对偶操作的六面体网格奇异结构优化方法，其特征在于，S102中，补全层插入所有面集需要优化求解，其中优化目标函数如下：minimizeE＝E
s
+E
p
E
p
＝∑p
i
*c
iii
2p
i
≤s0+s1≤2p
i
+1其中，E表示整个优化函数，E
s
表示面集数量的代价值，E
p
表示奇异引入惩罚值；C
i
是为了平衡E
s
和E
p
的约束条件而设置的参数；S
i
表示每个网格内部四边形是否被选中，若取值为1，则表示被选中，反之则为0；Finner表示所有网格内部的四边形面的集合；f
i
表示位于模型内部的四边形面，S表示被选中的需要细化的面集集合；e
i
表示与e边相邻的所有被选中的四边形的数量，a是一个辅助变量，用来约束e
i
之和为偶数；Einner表示位于模型内部的网格边；s0和s1表示S集合中任意的两个相邻四边形面；p
i
是为了判断两个相邻的四边形面之间是否存在拓扑弯折，若存在p
i
取值为1，反之取0。4.根据权利要求3所述的基于对偶操作的六面体网格奇异结构优化方法，其特征在于，S103中，对...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈淳，
申请(专利权)人：浙大城市学院，
类型：发明
国别省市：