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三维有限元网格尺寸场光滑化的优化模型和算法
  • ISSN号:1003-9775
  • 期刊名称:《计算机辅助设计与图形学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O242.21[理学—计算数学;理学—数学]
  • 作者机构:[1]温州大学数学与信息科学学院,温州325035, [2]浙江大学航空航天学院,杭州310027, [3]浙江大学工程与科学计算研究中心,杭州310027
  • 相关基金:国家自然科学基金(11432013,11172267,51578427,41372264);浙江省自然科学基金杰出青年科学基金(LR16F020002).
中文摘要:

针对单元尺寸值过渡剧烈会导致有限元网格包含低质量单元的问题, 提出基于优化原理的单元尺寸场光滑化理论及对应的几何自适应四面体网格生成算法. 首先输入CAD 模型, 生成一套覆盖模型内部的非结构背景网格; 然后结合用户参数计算背景网格点上的曲率和邻近特征, 以获得自适应CAD 模型几何特征的初始单元尺寸场; 再以最小化初始单元尺寸场的改变为目标, 以单元尺寸值过渡受控为约束, 通过求解一类凸优化问题光滑初始尺寸场; 最后以光滑后的尺寸场为输入, 先后在CAD 模型表面与内部生成曲面网格和实体网格. 实验结果表明, 文中算法仅需5 个用户参数, 即可在给定CAD 模型内部全自动生成高质量的四面体网格.

英文摘要:

To avoid the generation of low-quality elements in regions where abrupt changes of element sizesare defined, a nonlinear programming problem (NLP) is formulated to help smooth the sizing function definedon an unstructured background mesh, and a geometry-based adaptive tetrahedral mesh generation algorithmis thus set up with this novel element-sizing smoothing algorithm as one of the key ingredients. Theproposed algorithm inputs a valid and closed CAD model and creates an unstructured background mesh tocover the problem domain defined by this CAD model. Then, an initial sizing function can be set up by calculatinga sizing value at each background mesh node. Note that this size value is adapted to the curvatureand proximity features of the CAD model. After that, a convex NLP is solved to smooth this sizing functionsuch that the changes of element scales are under control. By using the smoothed sizing function to controlthe distributions of element scales, high-quality surface and volume meshes can finally be produced on thesurface and interior of the CAD model, respectively. Numerical experiments show that, the proposed algorithmcan be executed in a fully automatic fashion, and the user could manipulate the results of this algo rithm through five global user parameters.

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期刊信息
  • 《计算机辅助设计与图形学学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国计算机学会
  • 主编:鲍虎军
  • 地址:北京2704信箱
  • 邮编:100190
  • 邮箱:jcad@ict.ac.cn
  • 电话:010-62562491
  • 国际标准刊号:ISSN:1003-9775
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2925/TP
  • 邮发代号:82-456
  • 获奖情况:
  • 第三届国家期刊奖提名奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24752