一種船舶多約束的二維全四邊形網(wǎng)格的生成算法.pdf

1、在船舶設(shè)計(jì)中，對(duì)CAD與CAE系統(tǒng)之間接口的平臺(tái)開發(fā)是很重要的一環(huán)。目前，普遍采用的設(shè)計(jì)流程是:首先，在AutoCAD與Patran并行設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，完成方案設(shè)計(jì)及詳細(xì)設(shè)計(jì);然后，根據(jù)前期的設(shè)計(jì)結(jié)果，通過(guò)船舶設(shè)計(jì)專業(yè)軟件Tribon，重建3D模型進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)流程在船舶整體設(shè)計(jì)中起到非常重要的作用。但是，不同的系統(tǒng)創(chuàng)建的模型相互獨(dú)立，這浪費(fèi)了資源，也很難保證在產(chǎn)品生命周期中的數(shù)據(jù)的一致性。這一直是縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力

2、的瓶頸。
　　在進(jìn)行船舶結(jié)構(gòu)的有限元分析時(shí)，首要的任務(wù)是建立目標(biāo)結(jié)構(gòu)有限元模型。目前船舶結(jié)構(gòu)有限元模型的快速生成技術(shù)并不成熟，第一，在對(duì)船舶結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模時(shí)，由于船舶結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，目前大多采用手工建模。即先在初步設(shè)計(jì)階段完成船舶結(jié)構(gòu)的二維圖紙，然后從中量取各模型的位置坐標(biāo)，輸入到Ansys、Patran等有限元軟件中，建立節(jié)點(diǎn)、單元，并為單元屬性賦值。這種建模過(guò)程非常繁瑣，效率低下且容易出錯(cuò)，大大影響船舶結(jié)構(gòu)有限元分析的工作效

3、率;第二，有限元建模技術(shù)的發(fā)展受制于網(wǎng)格劃分技術(shù)，有限元分析的效率和計(jì)算精度很大程度上取決于網(wǎng)格劃分的速度和質(zhì)量。一方面，往往需要耗費(fèi)大量時(shí)間，才能對(duì)一個(gè)復(fù)雜的幾何區(qū)域進(jìn)行正確的網(wǎng)格劃分;另一方面，在船舶、航空等重要領(lǐng)域，生成網(wǎng)格的形式必須與所分析問(wèn)題的性質(zhì)相適應(yīng)。并且，基于安全和計(jì)算精度上的考慮，要求二維域中網(wǎng)格單元形狀為四邊形。但是，四邊形網(wǎng)格生成算法比三角形網(wǎng)格復(fù)雜，技術(shù)層面上亦不如三角形網(wǎng)格生成技術(shù)成熟，這也給四邊形網(wǎng)格劃分技術(shù)

4、的發(fā)展增加了難度;第三，通過(guò)交互界面或者宏命令語(yǔ)言在有限元軟件中建立有限元模型，然后做有限元分析，這種方法在建模時(shí)，通常獨(dú)立地定義船舶結(jié)構(gòu)即建模時(shí)沒(méi)有考慮結(jié)構(gòu)間的實(shí)際連接關(guān)系和從屬關(guān)系，因而會(huì)帶來(lái)許多問(wèn)題。
　　本文研究了Q-Morph四邊形生成算法，并吸取鋪砌法四邊形生成算法的優(yōu)點(diǎn)，將兩種算法的優(yōu)點(diǎn)有效地結(jié)合，提出了一種集兩種算法優(yōu)點(diǎn)于一體的新的四邊形生成算法。并利用C++語(yǔ)言對(duì)改進(jìn)的四邊形算法加以驗(yàn)證，開發(fā)出可自動(dòng)生成四邊形網(wǎng)

5、格的軟件。此外，本文還對(duì)生成的網(wǎng)格優(yōu)化方法加以推進(jìn)，減少質(zhì)量較差的單元，提高網(wǎng)格質(zhì)量。具體工作如下：
　　1)本文將研究Q-Morph算法和鋪砌算法，結(jié)合鋪砌法算法邊界敏感、網(wǎng)格質(zhì)量高和Q-Morph算法適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，提出一種集二者優(yōu)點(diǎn)于一體的改進(jìn)的間接四邊形生成法。具體的改進(jìn)點(diǎn)如下：
　　(1)對(duì)Q-Morph算法的前沿分類方法加以改進(jìn)，以提高生成四邊形單元的正則性。
　　(2)結(jié)合鋪砌法邊界敏感的特點(diǎn)，對(duì)Q-Mo

6、rph算法確定四邊形網(wǎng)格形狀的規(guī)則加以改進(jìn)，從而提高四邊形單元的質(zhì)量。
　　2)建立網(wǎng)格優(yōu)化體系。依據(jù)網(wǎng)格轉(zhuǎn)化不同階段的特點(diǎn)，選擇不同的網(wǎng)格優(yōu)化算法。并針對(duì)應(yīng)用最廣泛的拉普拉斯優(yōu)化算法的不足之處，對(duì)其加以改進(jìn):
　　針對(duì)拉普拉斯優(yōu)化算法會(huì)導(dǎo)致三角形網(wǎng)格被壓縮的不足，對(duì)該算法進(jìn)行加權(quán)平均處理，保證網(wǎng)格尺寸的均勻性。
　　3)本文將研究船板結(jié)構(gòu)中的約束特點(diǎn)，針對(duì)模型中約束處的單元協(xié)調(diào)性問(wèn)題，對(duì)Q-Morph算法四邊形轉(zhuǎn)化的