一种基于刚性映射的全自动四边形附面层网格生成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于刚性映射的全自动四边形附面层网格生成方法，包括根据输入线段网格、边界条件和生成参数，生成离散的目标四边形网格和初始四边形网格，然后在剩余空间生成各向同性辅助三角形网格。接着建立所述离散的目标四边形网格与所述初始四边形网格的刚性映射能量方程，求导得到极值网格点坐标，并使用线性探测方法确定网格点坐标，使得该网格点坐标下各向同性辅助三角形网格的三角形网格面积都为正。重复迭代此过程直到能量收敛，并删除四边形网格中的保留层后得到最终四边形网格。最后，在剩余部分重新填充各向同性辅助三角形网格。该方法能够鲁棒地生成高质量的没有过渡单元的全层粘性网格。没有过渡单元的全层粘性网格。没有过渡单元的全层粘性网格。

【技术实现步骤摘要】
一种基于刚性映射的全自动四边形附面层网格生成方法


[0001]本申请涉及网格生成
，尤其涉及一种基于刚性映射的全自动四边形附面层网格生成方法。

技术介绍

[0002]传统附面层网格生成算法中，最广泛使用的方法是前沿层进法，这种方法基于局部贪婪的思想，根据用户输入，按层状的方式生长附面层网格。一旦出现全局相交或者网格质量过低的情况，则局部停止生长附面层网格并填充过渡单元。该算法因为其局部操作的灵活性，算法鲁棒性和易实现性，在工业界广泛应用，包括Ansys公司，西门子等公司的附面层网格生成模块均以此算法为基础。
[0003]然而，传统的附面层网格生成算法中存在法向生成质量较差，存在过渡单元等问题。二维下，高质量的附面层四边形网格生成仍然存在困难，使用经典前沿推进法算法生成的附面层网格很难保证是全层的，因为其相交存在未知，算法设计者需要处理好发生相交时如何回退，这将造成各向同性三角形填充的困难。同时，经典的前沿层进法的法向通常按照局部的方法生成，网格质量通常是局部最优的。
[0004]在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在如下问题：
[0005]1.局部方法网格质量通常不是全局最优；
[0006]2.经典前沿层进法难以处理相交后的网格填充问题，容易出现狭缝；
[0007]3.经典前沿层进法需要删除相交后的网格，相邻网格单元之间的层数通常是不同的。

技术实现思路

[0008]基于以上问题，本申请实施例提供一种基于刚性映射的全自动四边形附面层网格生成方法。
[0009]根据本申请实施例，提供一种基于刚性映射的全自动四边形附面层网格生成方法，包括：
[0010]S1：获取输入线段网格、边界条件和生成参数，按照所述边界条件对线段网格进行分类，得到物面边界条件线段网格和远场边界条件线段网格，其中所述输入线段网格为首尾相连的平面直线图；
[0011]S2：根据所述输入线段网格、生成参数和所述线段网格分类的结果，生成离散的目标四边形网格；
[0012]S3：根据所述输入线段网格、边界条件和生成参数，在所述物面边界条件线段网格上生成初始四边形网格，生成完所述初始四边形网格后，在所述初始四边形网格和所述远场边界条件线段网格之间生成各向同性辅助三角形网格；
[0013]S4：根据所述初始四边形网格和所述离散的目标四边形网格，以所述初始四边形网格中网格点坐标为变量，建立所述离散的目标四边形网格与所述初始四边形网格的刚性
映射能量方程，并通过所述刚性映射能量方程对所述初始四边形网格点坐标求导，得到方程极值网格点坐标；
[0014]S5：根据所述初始四边形网格点坐标和方程极值网格点坐标，在两个坐标中使用线性探测方法确定网格点坐标，使得该网格点坐标下各向同性辅助三角形网格的三角形网格面积都为正；
[0015]S6：根据所述生成参数，若刚性映射能量方程未收敛，则重复S4
‑
S5，若能量已收敛，则保留初始四边形网格作为最终四边形网格；
[0016]S7：删除保留层网格，所述保留层网格即为所述最终四边形网格的最外一层，并在剩余部分重新填充各向同性辅助三角形网格。
[0017]可选的，获取输入线段网格、边界条件和生成参数，按照所述边界条件对线段网格进行分类，得到物面边界条件线段网格和远场边界条件线段网格，具体包括：
[0018]S11：获取输入线段网格，所述输入线段网格为首尾相连的平面直线图；
[0019]S12：按照所述边界条件，对所述输入线段网格进行分类，得到物面边界条件线段网格和远场边界条件线段网格，其中所述边界条件分为物面和远场这两种边界条件。
[0020]可选的，根据所述输入线段网格、生成参数和所述线段网格分类的结果，生成离散的目标四边形网格，具体包括：
[0021]S21：根据所述生成参数，预计算每一层离散的目标四边形网格的高度；
[0022]S22：对于每一个所述物面边界条件线段网格的线段单元，按计算得到的所述每一层离散的目标四边形网格的高度作为四边形网格的高，按所述线段网格的长度作为四边形网格的宽，生成离散的目标四边形网格单元，所述离散的目标四边形网格单元的底单元记为所述输入线段网格的线段单元，共计生成层数为I。
[0023]可选的，根据所述输入线段网格、边界条件和生成参数，在所述物面边界条件线段网格上生成初始四边形网格，生成完所述初始四边形网格后，在所述初始四边形网格和所述远场边界条件线段网格之间生成各向同性辅助三角形网格，具体包括：
[0024]S31：在所述物面边界条件线段网格上，以网格点的角平分线的方向为生长法向，按计算得到的所述每一层离散的目标四边形网格的高度作为生长步长生成所述初始四边形网格，共计生成层数为I，所述初始四边形网格单元的底单元记为所述输入线段网格的线段单元；
[0025]S32：对所述初始四边形网格进行自相交检测和网格质量检测，若网格存在自相交或者网格面积为负，则将所述生长步长减半，重新生成所述初始四边形网格；
[0026]S33：在所述初始四边形网格和所述远场边界条件线段网格之间使用Delaunay三角化方法生成所述各向同性辅助三角形网格。
[0027]可选的，根据所述初始四边形网格和所述离散的目标四边形网格，以所述初始四边形网格的网格点坐标为变量，建立所述离散的目标四边形网格与所述初始四边形网格的映射能量方程，并通过对映射能量方程求导，得到方程极值点，具体包括：
[0028]S41：分割所述初始四边形网格和所述离散的目标四边形网格为三角形网格，所述分割指的是按照四边形网格的两条对角线，将所述初始四边形网格和所述离散的目标四边形网格分割成4个三角形；
[0029]S42：建立所述初始四边形网格和所述离散的目标四边形网格为三角形网格之间
的一一对应关系，所述初始四边形网格和所述离散的目标四边形网格为三角形网格中，位于同一层的，并且所述初始四边形网格单元和所述离散的目标四边形网格单元的底单元为同一个单元的，两者分割的4个三角形建立一一对应关系；
[0030]S43：对于所述初始四边形网格单元中的三角形f和所述离散的目标四边形网格单元中的三角形，通过求导计算三角形变形雅可比矩阵J；
[0031]S44：对雅可比矩阵J使用奇异值分解的方法将其分解为J＝U
T
ΣV；
[0032]S45：计算旋转矩阵R＝U
T
V，并定义能量方程为E＝∑
f
||W(J
‑
R)||
F
，其中W为代理矩阵，F下标为F
‑
范数；
[0033]S46：用E对所述初始四边形网格中的网格点坐标求导，得到能量方程极值点。
[0034]可选的，根据所述初始四边形网格点坐标和方程极值网格点坐标，在两个坐标中使用线性探测方法确定网格点坐标，使得该网格点坐标下各向同性辅助三角形网格本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于刚性映射的全自动四边形附面层网格生成方法，其特征在于，包括：S1：获取输入线段网格、边界条件和生成参数，按照所述边界条件对线段网格进行分类，得到物面边界条件线段网格和远场边界条件线段网格，其中所述输入线段网格为首尾相连的平面直线图；S2：根据所述输入线段网格、生成参数和所述线段网格分类的结果，生成离散的目标四边形网格；S3：根据所述输入线段网格、边界条件和生成参数，在所述物面边界条件线段网格上生成初始四边形网格，生成完所述初始四边形网格后，在所述初始四边形网格和所述远场边界条件线段网格之间生成各向同性辅助三角形网格；S4：根据所述初始四边形网格和所述离散的目标四边形网格，以所述初始四边形网格中网格点坐标为变量，建立所述离散的目标四边形网格与所述初始四边形网格的刚性映射能量方程，并通过所述刚性映射能量方程对所述初始四边形网格点坐标求导，得到方程极值网格点坐标；S5：根据所述初始四边形网格点坐标和方程极值网格点坐标，在两个坐标中使用线性探测方法确定网格点坐标，使得该网格点坐标下各向同性辅助三角形网格的三角形网格面积都为正；S6：根据所述生成参数，若刚性映射能量方程未收敛，则重复S4
‑
S5，若能量已收敛，则保留初始四边形网格作为最终四边形网格；S7：删除保留层网格，所述保留层网格即为所述最终四边形网格的最外一层，并在剩余部分重新填充各向同性辅助三角形网格。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取输入线段网格、边界条件和生成参数，按照所述边界条件对线段网格进行分类，得到物面边界条件线段网格和远场边界条件线段网格，具体包括：S11：获取输入线段网格，所述输入线段网格为首尾相连的平面直线图；S12：按照所述边界条件，对所述输入线段网格进行分类，得到物面边界条件线段网格和远场边界条件线段网格，其中所述边界条件分为物面和远场这两种边界条件。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述输入线段网格、生成参数和所述线段网格分类的结果，生成离散的目标四边形网格，具体包括：S21：根据所述生成参数，预计算每一层离散的目标四边形网格的高度；S22：对于每一个所述物面边界条件线段网格的线段单元，按计算得到的所述每一层离散的目标四边形网格的高度作为四边形网格的高，按所述线段网格的长度作为四边形网格的宽，生成离散的目标四边形网格单元，所述离散的目标四边形网格单元的底单元记为所述输入线段网格的线段单元，共计生成层数为I。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述输入线段网格、边界条件和生成参数，在所述物面边界条件线段网格上生成初始四边形网格，生成完所述初始四边形网格后，在所述初始四边形网格和所述远场边界条件线段网格之间生成各向同性辅助三角形网格，具体包括：S31：在所述物面边界条件线段网格上，以网格点的角平分线的方向为生长法向，按计算得到的所述每一层离散的目标四边形网格的高度作为生长步长生成所述初始四边形网
格，共计生成层数为I，所述初始四边形网格单元的底单元记为所述输入线段网格的线段单元；S32：对所述初始四边形网格进行自相交...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建军，叶鸿飞，解利军，郑建靖，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：