基于STL的CutCell笛卡爾網(wǎng)格生成算法及應(yīng)用.pdf

1、目前的凝固數(shù)值模擬軟件，如德國(guó)的MAGMA和國(guó)內(nèi)的華鑄CAE(InteCAST)等多采用有限差分方法(FDM)來(lái)模擬鑄件的凝固和充型過(guò)程，取得了很好的實(shí)用效果。 近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)有限差分法不利于對(duì)形狀復(fù)雜的鑄件進(jìn)行數(shù)值模擬；也不便于與應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行耦合計(jì)算；且采用差分法的模擬軟件在可視化過(guò)程中易產(chǎn)生階梯狀的圖像缺陷。因此，研究既能描述復(fù)雜鑄件形狀、解決圖像不光滑問(wèn)題，同時(shí)又能進(jìn)行有限差分(FDM)、有限元(FEM)和有限體積(FVM

2、)等數(shù)值計(jì)算的CutCell笛卡爾網(wǎng)格具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本文在華鑄CAE已有技術(shù)基礎(chǔ)上，研究了網(wǎng)格生成過(guò)程中基于STL模型的幾個(gè)關(guān)鍵建模問(wèn)題；研究了任意STL幾何實(shí)體的笛卡爾網(wǎng)格生成算法；同時(shí)結(jié)合體繪制技術(shù)，探討了解決差分?jǐn)?shù)據(jù)在可視化中產(chǎn)生的圖像不光滑、呈階梯狀問(wèn)題的算法。 本文首先研究了笛卡爾網(wǎng)格生成中STL實(shí)體的健壯布爾運(yùn)算、用任意平面將復(fù)雜STL快速切分為兩部分及任意復(fù)雜實(shí)體快速、精確體積計(jì)算等建模問(wèn)題；在此基

3、礎(chǔ)上，提出并實(shí)現(xiàn)了一種直接采用STL面片模型快速計(jì)算鑄件本體模數(shù)、關(guān)鍵模數(shù)及分體模數(shù)的新算法。 其次，首次在國(guó)內(nèi)鑄造領(lǐng)域進(jìn)行了CutCell笛卡爾網(wǎng)格生成算法研究；基于華鑄CAE和Cart3D中通過(guò)擾動(dòng)來(lái)避開(kāi)退化情況的思想，提出并實(shí)現(xiàn)了一種支持任意STL幾何實(shí)體的高效、穩(wěn)健CutCell笛卡爾網(wǎng)格生成新算法(TAP，Three Axis Perturbations)，該算法可自動(dòng)對(duì)STL中的丟面、掉線以及自相交等細(xì)小錯(cuò)誤進(jìn)行容錯(cuò)

4、，并且有效地減少退化情況處理次數(shù)；同時(shí)，本文還研究解決了TAP算法生成的笛卡爾表面網(wǎng)格的簡(jiǎn)化問(wèn)題。 最后，本文分別采用直接體繪制算法和等值面提取算法解決了隨時(shí)間連續(xù)變化的差分?jǐn)?shù)據(jù)可視化中的圖像表面“鋸齒”的問(wèn)題；同時(shí)，利用TAP算法將差分?jǐn)?shù)據(jù)映射到STL幾何表面上，解決了鑄造CAE中二值差分?jǐn)?shù)據(jù)可視化時(shí)的圖像“鋸齒”問(wèn)題。結(jié)合這兩類(lèi)算法，首次提出了一種完善解決鑄造CAE中“鋸齒”問(wèn)題的方法。 采用所開(kāi)發(fā)的上述技術(shù)對(duì)一些復(fù)