基于任意拉格朗日-欧拉（ALE）的有限元分析的单元细分方法和系统技术方案

公开了一种用于细分在时间-推进模拟中的ALE单元的系统和方法。在时间-推进模拟中限定并使用代表物理定义域的FEA模型，其模拟物理定义域的物理现象。ALE单元中的某一些在检测到用户-限定的触发条件时被细分。所述ALE单元中的某一些的每一个被细分为许多子单元。当ALE单元包含多于一种物质时，代表各个物质的体积分数在紧接每个细分之后在每个子单元中被计算。在每个平流阶段，每个施主将它的通量映射到一个或更多受体。当施主将它的通量映射到若干受体时，每个受体计算它从施主分到的通量的份额。当施主包含多于一种物质时，每个受体必须考虑这种情形。

【技术实现步骤摘要】
基于任意拉格朗日-欧拉（ALE）的有限元分析的单元细分方法和系统
本专利技术通常涉及一种在计算机辅助工程分析中的单元细分技术，更具体地，涉及一种基于任意拉格朗日-欧拉（ALE）的有限元分析的单元细分方法和系统。
技术介绍
基于任意拉格朗日-欧拉（ALE）的有限元公式使用未固定在空间中（例如，基于欧拉的有限元公式）或未附接至物质（例如，基于拉格朗日的有限元公式）的计算系统。基于ALE的有限元模拟能够消去传统的基于拉格朗日和基于欧拉的有限元模拟具有的许多缺陷。ALE技术能够应用到许多工程问题中，例如，流体机构相互作用、多物理场与多物质的联结（运动边界和界面）、金属成型/切割、铸造等。当在工程模拟中使用ALE技术时，在定义域中的计算网络能够任意移动以优化单元的形状，而在定义域的边界和界面上的网络能够沿着物质移动以精确地追踪多物质系统的边界和界面。在使用基于ALE的有限元分析（FEA）的时间推进模拟中，模拟反应在每个时间步长的两个解阶段或周期中（拉格朗日和平流）获得。首先，在拉格朗日阶段中计算物质通量形式的FEA网络模型的反应。FEA网络的节点相应地移动。接着，在平流阶段中，通过使得计算的物质通量（即，体积测量的变形部）从施主中移动出，进入到一个或多个受体，该计算的物质通量被映射回原始的未变形网络。为了获得更好的模拟反应，FEA网络需要在关注的位置处被细分。与细分ALE单元有关的一个问题涉及到计算结果的映射，这在现有技术的方法中是难以解决的。因此，令人满意的是具有用于在使用基于ALE的FEA的时间-推进模拟中细分ALE单元的改善的方法和系统。
技术实现思路
公开了一种用于在使用基于ALE的FEA的时间-推进模拟中的FEA模型的细分ALE单元的系统和方法。根据本专利技术的一个示意性实施方式，代表物理区域（例如，如包围物体的空气或水的流体，具有在其中的若干物质的固体）、具有多个ALE单元的FEA模型被限定并使用于模拟物理定义域的物理现象的时间-推进模拟中。该模拟反应用于帮助使用者做出关于产品的某个设计是否适合的设计决定。例如，来自穿行在空气中的爆炸震源的冲击波、在空气和飞机之间的流体结构相互作用、在波和船舶之间的流体结构相互作用。ALE单元的组通过检测由用户限定的触发条件而被细分。在细分程序中，每个六面体的或八节点的实体母体ALE单元被划分为八个六面体子单元。可在多层次中执行细分。每个ALE单元包含至少一种物质。当ALE单元包含多于一种物质时，紧接细分操作，代表各种物质的体积分数在每个子单元中被计算。触发条件包括但不限定于为：静态细分、动态细分等。动态细分能够周期性地被执行和/或基于例如超过阈值的压力变化的检测、实体边界的出现等的其他条件而被执行。时间-推进模拟中，在每个平流阶段处，每个施主将计算的物质通量映射至一个或更多的受体。当施主将计算的物质通量映射到若干受体时，每个受体计算来自施主的物质通量中的它自己的部分。当施主包括多于一种物质时，每个受体必须考虑这种情形。附图说明通过下文中的说明，结合权利要求以及附图，将更好地理解本专利技术的这些和其他的特征、方面和优点，附图中：图1A为示出根据本专利技术的实施方式的细分使用于在物理定义域的物理现象的时间-推进模拟的有限元分析（FEA）模型的任意拉格朗日-欧拉（ALE）单元的示意性过程的流程图；图1B为示出图1A的示意性过程的细分ALE单元的更详细操作的流程图；图1C为示出在图1A的示意性过程的每个时间步长处的平流阶段的更详细操作的流程图；图2A-2D为以图形的方式示出根据本专利技术的一个实施方式的多种示意性六面体ALE单元细分格式的二维图解；图3A为示出根据本专利技术的一个实施方式的被细分为八个子单元的示意性六面体ALE单元的图解；图3B为示出根据本专利技术的实施方式的包含多于一种物质的示意性的母体单元和子单元的二维图解；图4为示出根据本专利技术的在细分的单元和未细分的单元之间的示意性关系的图解；图5A-5C为示出了根据本专利技术的一个实施方式的在拉格朗日阶段中计算的物质通量的示意性平流阶段映射的示意图；图6A-6C为示出了根据本专利技术的实施方式的在先被细分的子单元的示意性的再结合的示意图；图7为示出示意性的计算机的主要组件的原理图，本专利技术的一个实施方式被实施于其中。具体实施方式图1A为示出根据本专利技术的实施方式的细分使用于在物理定义域（例如，流体场）的物理现象的时间-推进模拟的有限元分析（FEA）模型的任意拉格朗日-欧拉（ALE）单元的示意性过程100的流程图。过程100在软件中实施并且优选地结合本文中的其他附图被理解。过程100开始于步骤102，即接收代表物理定义域（例如，空气、海洋等）的有限元分析（FEA）模型，该物理定义域具有多个ALE单元。接着，在步骤104中，进行时间-推进模拟用于获得物理定义域的模拟的物理现象（例如，空气动力学、流体力学），其服从于使用基于ALE的FEA的用户指定条件。该用户指定条件包括但不限定于为：初始条件、边界条件、负载条件等。该时间-推进模拟在多个时间步长（有时候称作解周期）中被进行。通常，在时间-推进模拟中，在时间零点（t=0）获得初始模拟反应。以后的模拟反应则接着在许多个以时间步长（Δt）增加的后继的时间步长（t=t+Δt）中获得。在步骤106中，ALE单元细分程序在检测到用户指定触发条件时被执行。例如，该细分能够在时间-推进模拟开始的初期仅仅被执行一次。这被称作静态细分。该细分还可被周期性地执行若干次，例如，在每十个（或其他数量）时间步长中被执行一次。此外，该细分能够在当满足某些标准时被执行若干次，例如，当某些单元中（例如，冲击波）的压力变化大于阈值时，或者，当在某些单元中出现结构边界时（参见图2D）。如图2D的左侧中所示，结构边界240横断ALE单元241-243。动态细分被执行（由箭头示出），每个ALE单元241-243被划分为八个子单元，如图2D的右侧中所示。与静态细分相反，这些为动态细分。图1B示出执行ALE单元细分的详细步骤106a-106c。在步骤106a中，通过将每个母体单元302划分为八个子单元304（如图3A中所示），六面体ALE单元的组（某些ALE单元被称作母体单元）被细分。图2A示出细分ALE单元的实例的二维视图。母体ALE单元202被细分为八个子单元204（由于是二维视图，因此仅示出了四个子单元204）。该母体ALE单元的组被用户用熟知的方式指定。例如，能够使用部件标号或标识符以指定哪一个或哪一些ALE单元将被细分。要指出的是，如果需要，每个子单元204还能够被进一步细分为八个单元（未示出）。其他的形成子单元的选择包括但不必限定于有：图2B中示出的绕着指定的母体单元202的子单元214的附加层，或图2C中示出的子单元224的两个层。接着，在步骤106b中，对于每个单元，确定并形成了相邻单元以及它们的连通性的列表，用于在平流阶段中的映射操作，例如，通过使用该获知信息，至少一种物质通量的各个部被计算。在步骤106b中还确定了每个单元的哪个单元面具有未细分的相邻单元，用于在平流阶段中的力平衡以及补差速度。图4示出具有细分的相邻单元412的子单元402以及具有未细分的相邻单元414的另一子单元404。为了便于清晰和简洁地说明，仅描绘了三个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种细分在时间?推进模拟中使用的模拟物理定义域的物理现象的有限元分析（FEA）模型的任意拉格朗日?欧拉ALE）单元的方法，所述方法包括：接收在计算机系统中具有多个ALE单元的、代表物理定义域的FEA模型，所述计算机系统具有安装于其上的基于ALE的FEA应用模块，其中，每个ALE单元为具有六个单元面的八?节点实体有限元；以及通过进行使用服从于用户指定的条件的FEA模型的时间?推进模拟，获得所述物理定义域的模拟的物理现象，所述进行时间?推进模拟包括：一旦检测到用户限定的触发条件，通过将所述ALE单元中的某一些ALE单元的每一个划分为多个子单元而细分所述ALE单元中的某些ALE单元，确定并形成所述的ALE单元中的每一个的相邻单元的列表，并确定所述的ALE单元中的每一个的哪一个单元面与未细分的相邻单元靠近；在每个时间步长的第一解阶段中，通过执行所述FEA模型的FEA，获得所述的ALE单元中的每一个变形的节点位置的形式的模拟反应；以及在所述每个时间步长的第二解阶段中，将模拟反应映射到另一FEA网络，所述映射包括：基于所述变形节点位置和所述另一FEA网络的节点位置计算在所述的ALE单元中的每一个的每个单元面处的至少一个物质通量；确定在所述每个单元面处的施主以及至少一个相应的受体，所述至少一个物质通量从所述施主中流出并流入到所述至少一个相应的受体中；当所述每个单元面位于未细分的单元和细分的单元之间时，在所述至少一个相应的受体中计算将被接收的所述至少一个物质通量的各个部，否则，所述各个部在所述施主中被计算；以及将所述各个部从所述施主中分配到所述至少一个相应的受体中。...

【技术特征摘要】
2012.02.13 US 13/371,8041.一种细分在时间-推进模拟中使用的模拟物理定义域的物理现象的有限元分析FEA模型的任意拉格朗日-欧拉ALE单元的方法，所述方法包括：接收在计算机系统中具有多个ALE单元的、代表物理定义域的FEA模型，所述计算机系统具有安装于其上的基于ALE的FEA应用模块，其中，每个ALE单元为具有六个单元面的八-节点实体有限元；以及通过进行使用服从于用户指定的条件的FEA模型的时间-推进模拟，获得所述物理定义域的模拟的物理现象，所述进行时间-推进模拟包括：一旦检测到用户限定的触发条件，通过将所述ALE单元中的某些ALE单元的每一个划分为多个子单元而细分所述ALE单元中的所述某些ALE单元，所述某些ALE单元指的是压力变化大于预定阈值或出现结构边界的ALE单元，确定并形成所述的ALE单元中的每一个的相邻单元的列表，并确定所述的ALE单元中的每一个的哪一个单元面与未细分的相邻单元靠近；在每个时间步长的第一解阶段中，通过执行所述FEA模型的FEA，获得所述的ALE单元中的每一个变形的节点位置的形式的模拟反应；以及在所述每个时间步长的第二解阶段中，将模拟反应映射到另一FEA网络，所述映射包括：基于所述变形节点位置和所述另一FEA网络的节点位置计算在所述的ALE单元中的每一个的每个单元面处的至少一个物质通量；确定在所述每个单元面处的施主以及至少一个相应的受体，所述至少一个物质通量从所述施主中流出并流入到所述至少一个相应的受体中；当所述每个单元面位于未细分的单元和细分的单元之间时，在所述至少一个相应的受体中计算将被接收的所述至少一个物质通量的各个部，否则，所述各个部在所述施主中被计算；以及将所述各个部从所述施主中分配到所述至少一个相应的受体中。2.根据权利要求1中所述的方法，其中，所述用户指定的条件包括初始条件。3.根据权利要求1中所述的方法，其中，所述用户指定的条件包括边界条件。4.根据权利要求1中所述的方法，其中，所述用户限定的触发条件包括在所述时间-推进模拟开始时被执行的一个细分。5.根据权利要求1中所述的方法，其中，所述用户限定的触发条件包括周期性地被执行的若干个细分。6.根据权利要求1中所述的方法，其中，所述用户限定的触发条件包括当满足一个或更多特定标准时被执行的若干个细分。7.根据权利要求6中所述的方法，其中，所述一个或更多特定标准包括检测大于预定阈值的压力变化。8.根据权利要求6中所述的方法，其中，所述一个或更多特定标准包括在结构边界之前的时间步长中的出现。9.根据权利要求1中所述的方法，还包括当所述ALE单元中的所述某些ALE单元的每一个包含多于一种物质时，计算所述每个子单元的各个体积分数。10.根据权利要求1中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯·阿奎利特，
申请(专利权)人：利弗莫尔软件技术公司，
类型：发明
国别省市：