面向复杂装配体模型的两级并行曲面网格生成

针对实际工程应用中的大规模数值模拟需求,面向复杂几何装配体模型,提出一种适配高性能计算机分布式共享存储体系的两级并行曲面网格生成方法。首先提取几何模型的关键特征,基于关键特征构建网格尺寸场并预估出每个几何实体内的网格规模大小;然后基于模型几何实体的相邻关系和预估的网格规模建立模型实体间的邻接关系图,通过图剖分算法将几何模型分解为不同的子模型,将子模型分配到不同的进程内;最后在各进程内按照“点-线-面”的顺序依次并行生成点网格、线网格和面网格。在曲面网格并行生成中采取进程和线程混合的并行方式,不同子模型之间采用消息传递接口并行,同一个子模型的不同几何曲面之间采用OpenMP并行。通过三峡大坝模型对该方法进行验证,结果表明,通过分析算法的并行效率、通信最小化和负载平衡,该方法可以在数千处理器核上获得40%的并行效率,不同进程间的通信量较少,且可以获得良好的负载平衡。

基于分片参数化的保特征结构化网格生成方法

在数值模拟仿真中,四边形结构化网格具有稳定性好、精度高、收敛速度快等优势,因此四边形网格的生成和优化具有重要意义.针对保特征的高质量四边形结构化网格生成困难的问题,提出一种基于分片参数化的保特征结构化网格生成方法.首先提取模型特征信息,并使用特征信息和亏格数量分解模型,获取一组三维面片;然后通过参数化方法将三维面片投影到二维参数域,并在二维参数域利用标架场方法进行结构化分区;再将二维分区反投影到原模型以获取三维分区,并基于整数规划方法求解边界离散段数模型;最后在二维参数域生成四边网格模型,并通过迭代光顺优化网格质量,将网格反投影到原模型,得到最终的高质量表面结构化网格.实验结果表明,所提方法能保持模型特征信息,且生成网格质量比现有方法高.

精度可控的边界表示模型网格生成

针对边界表示模型生成的面网格模型存在的误差大、分辨率高和不水密的问题,提出针对计算机辅助设计(CAD)实体模型的保精度网格生成算法.算法通过同步生成对齐共边点对保证网格的水密性;利用连续表征设计网格目标边长,以生成高精度、低分辨率的网格.与现有的开源网格生成软件相比,算法能用更少的网格面片数生成精度更高的网格,且网格质量与其相当.

基于图像八叉树的三维比例边界有限元多面体网格生成算法

基于图像八叉树方法,提出了平衡八叉树和多面体网格修剪相结合的三维比例边界有限元多面体网格算法,该算法根据结构尺寸建立恰好完全包含整个结构的立方体网格,再建立结构图像像素信息,根据像素信息,按照2∶1的平衡分割原则递归地进行等分,完成平衡八叉树网格生成。结构内单元网格完全保留,结构外单元网格删除,对于结构边界单元网格,提出采用面-立方体相交判断方法进行边界单元与结构边界相交面的筛选,搜寻结构单元与结构边界表面相交点,通过有序连接相交点形成边界单元切割面,再结合边界单元其他几个面,构成裁剪后的多面体单元。数值算例结果表明,基于本文算法生成的比例边界有限元网格计算结果具有较好的精度和边界适应性。

生成对抗网络在二维网格生成上的探索

流体力学中的网格生成至关重要,因为它是计算机求解的首要步骤。但这项工作既耗时又费力,因此提高网格生成速度已成为研究的重点。基于此,文章设计了一种基于神经网络的网格生成方法,利用生成对抗网络来生成相应的网格。首先,通过现有的二维平面网格数据提取出相关信息,作为训练数据;然后,利用生成对抗网络的生成器和判别器的相互迭代训练得到最优的结果;最后,通过生成对抗网络生成需要的网格数据,展示相应结果。实验表明,对于简单二维平面网格可以使用神经网络进行智能化处理,并生成合适的网格数据,生成对抗网络在网格生成上具有良好的应用。

数值传热学课程中网格生成相关内容的导入式与案例式融合教学模式研究

网格生成相关内容是数值传热学课程的重要内容,在流动与传热数值计算中不可或缺,主要包括网格生成、网格信息处理和网格无关解三个教学模块。为了提升教学质量,设计了导入式和案例式融合的教学模式,并应用于这三个模块的教学中。教师通过启发学生思考逐步导入教学内容,再通过特色教学案例释疑解惑,然后引导学生归纳和提炼知识要点,最终得出结论。该教学模式已应用于北京石油化工学院、中国石油大学(北京)、上海海事大学等多所高校,有助于提升学生的思辨能力和创新素养。

面向复杂几何模型的并行四面体网格生成方法

面向大规模工程计算等数值模拟领域,提出了一种支持复杂几何模型的大规模四面体网格并行生成方法。该方法以复杂几何模型作为输入,首先采用串行网格生成方法生成初始四面体网格,然后通过两级区域分解方法将初始网格分解为多个子网格并分配到相应的进程中,进程间并行地提取出子网格的表面网格,并基于几何模型对面网格进行贴体加密,最后对加密后的面网格采用Delaunay方法重新生成四面体网格,该方法可以更好地适应高性能计算机体系结构,较好地克服了并行方法中并行性能和网格质量不能兼顾的问题。对三峡大坝模型进行测试和验证,证明该方法具有良好的并行效率和可扩展性,可以在数万处理器核上并行生成数十亿高质量四面体网格。

面向大型复杂焊接结构仿真的组合式自适应四面体网格生成算法

目的研究高质量、高效率的网格生成技术以实现大型复杂结构的焊接工艺仿真优化。方法提出一种组合式的自适应四面体网格划分算法,即在高效生成各个零部件四面体网格的基础上,根据焊缝中心面的几何信息自动对焊缝附近网格进行细分,再缝合成高质量的大型复杂焊接结构的整体四面体网格,并集成到自主可控的商用网格划分软件Vision Mesh中。提出了摄动几何边界的方法,解决了大型复杂结构STL几何体在存在几何错误时网格难以生成的问题。提出了基于BVH树结构表达的背景网格表达方法,解决了多条焊缝同时高效、自动细分的难题,并通过“四面体分割–四面体合并–四面体翻转–点平滑优化”方法,实现了四面体网格的高质量优化。结果算法网格效率可以达到200万个/h,生成的四面体99%以上均接近正四面体。可以由多个零部件一步组合生成大型结构的整体网格,并可对焊缝区域进行自动细分,大幅度简化了划分流程。将生成的网格导入国产焊接仿真软件InteWeld中进行测试,验证算法可用于大型复杂焊接结构整体应力变形的计算中。结论实现了大型复杂焊接结构的高质量自适应四面体网格划分,使用简便操作得到了高质量网格,为焊接结构件工艺仿真优化提供了前提。

TK-2DC软件前处理模块-贴体正交网格生成软件开发

贴体正交网格计算方法是通过坐标变换或坐标投影,把不规则物理区域进行离散以生成规则矩形计算区域的方法,所生成网格的疏密性和正交性对于保证数值计算精度至关重要。目前最常用的3种贴体正交网格计算方法是代数网格生成法、椭圆型方程网格生成法以及保角变换网格生成法。为了保证网格的正交性,简化网格计算量,所采用的贴体正交网格计算方法是上述3种方法的组合体,并且以该法为内核,开发了简单易学的贴体正交网格可视化计算软件,该软件可以与CAD进行无缝连接,大大缩短了数值模拟前期研究工作的时间。

边界优先的Delaunay-层推进曲面四边形网格生成

为了提高复杂组合曲面四边形网格生成的鲁棒性和边界单元质量,提出一种边界优先的Delaunay-层推进网格生成方法.首先在剖分域内粗的约束Delaunay背景网格的辅助下,以物理域的位置偏差为引导,在参数域中迭代计算边界点的法矢量;然后结合层推进策略,在几何特征附近生成各向异性或各向同性正交网格;最后使用Coring技术加速内部网格的生成并进行单元合并,得到四边形为主的网格.若干复杂平面区域和组合曲面模型的剖分结果表明,所提方法可生成等角扭曲度和纵横比优于主流商业软件的网格;在12个线程的PC平台上,使用OpenMP并行剖分包含21772张曲面的引擎模型只用了38.68 s.

面向离散模型的B-rep构建、特征简化及网格生成方法

由逆向工程得到的离散模型网格质量较差,缺乏几何信息,且包含大量细小特征,通常不能直接用于有限元分析。面向离散模型的高质量曲面网格生成,提出了一套构建离散模型的边界表征(boundary representation,B-rep)算法,并在此基础上实现了特征简化和网格生成。首先识别离散模型的特征信息,并以此构建离散模型的B-rep表达;随后自动识别模型中不必要的特征,并通过虚操作予以消除;最后基于球填充算法和加点/删点方法生成高质量的网格。实验结果验证了所提算法的有效性和实用性。

三维建筑模型的低模网格生成

三维虚拟场景中,低模网格(三角面数较少的网格)在多细节层次等方面的运用对实时运算效率提升有着重要的作用。然而,给定高精度的建筑模型(高模网格),现有方法所生成的低模网格很难在达到极低简化率的同时依旧与原高模网格保持良好的视觉相似性,仍需人工调整以修正缺陷。为此提出了一个新的方法,用户仅需提供少量鲁棒的参数,就能生成具有良好视觉相似性和满足水密性、流形等良好几何特性的低模建筑网格。首先,为了从高模网格中捕获重要的几何特征,需通过逆渲染的方法对另一个新网格变形,使其与高模网格有相似的外观且仅保留大尺度的外观特征。为保持网格拓扑在变形过程中的一致性,可将高模网格体素化后的外包(The outer hull)作为被变形网格的初始化。之后,为处理变形过程中带来的相交三角形,还设计了参数自适应模型拓扑的alpha wrapping算法。通过保证变形后网格体素化后的外包和结果网格的亏格数一致,该算法能够生成变形后网格的近似网格,且保证近似网格无相交三角形、满足水密性和二流形。最后,部署了一个改进的边收缩算法将alpha wrapping算法生成的网格简化到用户的目标面数,该算法对平面上点对合并过程进行了数值优化。在一个建筑模型的数据集上测试了本文方法并将其与最流行和最先进的方法进行了比较,证明了其稳健性和有效性。

基于图像的三维裂隙岩体特征提取、简化及网格生成方法

为用最少的网格对高分辨率数字图像的三维裂隙特征进行简化表征,提出了一种基于图像的三维裂隙岩体特征提取、简化及其网格生成方法。首先采用中心面点提取算法将裂隙转换为一系列面,并对其进行网格生成、面片交叉标识及网格优化,以生成的裂隙面网格为约束生成四面体网格模型。然后采用体素和形状相似度两个参数对生成的面网格的代表性进行评估,通过最小二面角、半径比、边长比及体积比等网格质量度量参数对生成的四面体网格质量进行了评价。最后,以一个三维二值化岩石裂隙图像数据为例,对所提方法的有效性及可行性进行了验证。结果表明,该方法在保留裂隙主要几何特征的前提下较好地生成裂隙曲面网格。

自交有理参数曲面网格生成

针对现有网格生成算法在处理自交曲面时出现的缺少交线表示、误差大以及交线附近三角形质量差的问题,提出一种针对自交有理参数曲面的网格生成算法.首先,利用动平面法计算曲面的奇异因子;其次,利用奇异因子和曲面的第一基本形式定位交线上的拓扑关键点;再次,基于动平面法设计了一种交线网格点配对生成算法,以保证网格交线的邻域协调性;最后,使用基于粒子的网格生成法生成参数域网格.在具有不同拓扑的自交曲面上进行网格生成实验,所提算法可保证网格交线拓扑正确性,且与未进行交线网格点配对的各类代表性各向同性网格生成算法相比,网格三角形最小角平均值平均高0.6%.

一种具有边界自适应能力的蒙皮网格生成算法

根据图像生成网格是骨骼蒙皮动画生成的关键步骤,网格质量直接影响动画效果,但网格优化工作量大且严重依赖制作者本身技能。对此,本文提出一种能够自适应图像边界的蒙皮网格生成算法。首先,利用图像轮廓的法向量变换计算得到包围图像的均匀近似多边形;接着使用信息熵作为衡量图形内部灵活性的权重,结合改进的重心Voronoi算法对图形内部采样,获得按权重分布均匀的内部采样点;最后,结合边界多边形顶点与内部点进行带边界约束的Delaunay三角剖分,得到可用于骨骼蒙皮动画的三角网格。实验结果表明本文所提出的算法可生成高质量网格,且高度匹配原图像边界,可用于骨骼蒙皮动画制作。

基于局部特征尺寸场的边界层网格生成算法

边界层网格的质量是影响计算流体力学中粘性计算精度的关键因素,如何在给定任意复杂模型下生成高质量的边界层网格仍是计算流体力学中的瓶颈。针对边界层网格的质量问题,本文提出一种基于局部特征尺寸场的边界层网格生成算法。该方法将表面网格顶点的最大推进高度作为局部特征尺寸场,并基于局部特征尺寸场构造顶点密度场,在密度场引导下进行保质量与保特征的表面三角网格重网格化,最终在新的表面三角网格上生成边界层网格。实验表明本文方法能在给定任意复杂模型下鲁棒地生成高质量的边界层网格。

2023全国网格生成及应用研讨会(第一轮征文通知)

网格生成是数值模拟流程中的瓶颈,张涵信院士曾于1997年组织召开了第一届“全国计算网格生成方法研讨会”。随着国家工业软件的蓬勃发展,网格生成领域产学研用日渐繁荣。为加强我国网格生成领域的学术交流和人才培养,中国空气动力学会于2021年在杭州举办了全国网格生成及应用研讨会(简称MEGAS 2021),吸引了来自高校、企业、研究院所等众多参会者,会议取得了良好的反响和成效。

有限元网格生成方法发展综述

在参阅和分析大量有关文献的基础上，对现有的各种有限元网格生成方法进行了总结，特别是对当前广泛使用的Ｄｅｌａｕｎａｙ三角化、推进波前法和八叉树方法等，从理论到具体的算法程序实现等各个方面都作了详尽的剖析，分析了各种方法的优缺点。为深入研究开发全自动。

网格之星:国家数值风洞的通用型结构网格生成软件

结构网格具有边界层模拟准确、计算效率高等优势,在当前的计算流体力学(CFD)研究和工程应用中被大量采用。然而,复杂外形的结构网格生成非常耗时,通常需要在图形化软件上借助频繁的交互操作来实现,对CFD研究和应用产生了重要影响。针对此问题,提出了附面层推进、网格块自动补齐、网格分布快速调整、破损数模网格优化等网格生成加速技术。依托国家数值风洞工程,研发出一款通用型结构网格生成软件——网格之星(NNW-GridStar)。与主流商业软件Pointwise相比,网格之星的网格生成速度更快。经过大量复杂算例验证,网格之星满足工程应用要求。自软件发布以来,已有80余家科研院所下载使用,为实际工程任务提供了重要的支撑作用。

基于区域分解技术的并行四面体网格生成算法

面向三维复杂几何模型,提出了一种基于区域分解技术的并行四面体网格生成算法。该算法采用分而治之的策略,将复杂的三维几何区域分解成若干个子区域,将子区域分发到每个处理器上,在各个子区域上采用约束Delaunay三角化算法,并利用迭代的技术并行地生成四面体网格。数值实验结果表明,该算法具有良好的可扩展性和稳定性,与传统方法相比,不仅大大降低了网格生成的时间,同时保证了子区域之间交界面上网格的一致性和协调性,生成了高质量的四面体网格。