本文選題：邊界元法　切入點(diǎn)：細(xì)分曲面　出處：《湖南大學(xué)》2013年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：CAD/CAE技術(shù)，憑借其在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和分析中的強(qiáng)大功能，能夠顯著地提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本，已經(jīng)成為當(dāng)前產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的強(qiáng)有力的輔助工具。然而，由于在傳統(tǒng)的CAD/CAE各自系統(tǒng)中模型的表示方式不同，前者是連續(xù)的參數(shù)模型，后者則是離散的網(wǎng)格模型，數(shù)據(jù)模型在兩種系統(tǒng)間的傳遞與轉(zhuǎn)換所帶來(lái)的問(wèn)題逐漸受到人們的關(guān)注。如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模型在CAD/CAE系統(tǒng)間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，或者為CAD/CAE系統(tǒng)提供一個(gè)統(tǒng)一的模型表示，即CAD/CAE一體化，成了CAD/CAE研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。本文將細(xì)分曲面和邊界元法結(jié)合起來(lái)，自然地將CAD和CAE融為一體，實(shí)現(xiàn)了基于細(xì)分曲面造型的邊界元法，并應(yīng)用該方法求解三維位勢(shì)和線(xiàn)彈性問(wèn)題。同時(shí)，為了分析和研究該方法的結(jié)果數(shù)據(jù)，本文基于ExodusII和ParaView提出了一個(gè)科學(xué)計(jì)算可視化解決方案，與基于細(xì)分曲面造型的邊界元法一起搭建了一個(gè)包含CAD造型（細(xì)分曲面造型）、CAE分析（邊界元法數(shù)值計(jì)算）和可視化后處理（ParaView科學(xué)可視化方案）的完備的CAD/CAE一體化平臺(tái)。此外，在實(shí)際工程問(wèn)題中，本文應(yīng)用上述可視化方案模擬混凝土壩澆筑過(guò)程并為其熱傳導(dǎo)分析提供可視化后處理解決方案。 基于細(xì)分曲面造型的邊界元法具有以下特點(diǎn)：（1）細(xì)分網(wǎng)格既用于表達(dá)幾何模型，又作為邊界元法的離散分析網(wǎng)格，為CAD設(shè)計(jì)與CAE分析提供了一個(gè)一般的模型和統(tǒng)一的表示，避免了數(shù)據(jù)模型在不同系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換。（2）由于細(xì)分網(wǎng)格為邊界元分析提供了一個(gè)自動(dòng)的和自適應(yīng)的網(wǎng)格劃分方案，該方法避免了傳統(tǒng)邊界元法模型離散引入的人為誤差，同時(shí)可以通過(guò)細(xì)分層次控制模型表達(dá)和數(shù)值計(jì)算的精度，以滿(mǎn)足不同的設(shè)計(jì)與分析要求。（3）基于細(xì)分曲面造型的邊界元法，在幾何設(shè)計(jì)中，具有細(xì)分曲面造型的不受幾何拓?fù)湎拗瓶梢詷?gòu)建整體光滑的任意復(fù)雜模型的特點(diǎn)，在數(shù)值分析中，又繼承了邊界元法只需邊界離散、降維以及高精度的優(yōu)點(diǎn)。 在細(xì)分曲面建模中，本文提供了均勻細(xì)分曲面建模和自適應(yīng)細(xì)分曲面建模兩種建模方案。由于在每一次細(xì)分過(guò)程中每一個(gè)網(wǎng)格面片都參與細(xì)分，均勻細(xì)分曲面建模的細(xì)分網(wǎng)格均勻且成倍增長(zhǎng)，其整體質(zhì)量提高較快。但是，均勻細(xì)分曲面建模容易引起細(xì)分不足和細(xì)分過(guò)度。由于在每一次迭代細(xì)分中網(wǎng)格面片根據(jù)自適應(yīng)準(zhǔn)則決定是否參與細(xì)分過(guò)程，自適應(yīng)細(xì)分曲面建模能夠在局部平坦區(qū)域減少細(xì)分次數(shù)，在局部復(fù)雜區(qū)域增加細(xì)分次數(shù)。因此，，自適應(yīng)細(xì)分曲面建�？梢杂孟鄬�(duì)較少的細(xì)分網(wǎng)格模擬幾何模型，同時(shí)避免了細(xì)分網(wǎng)格過(guò)度生長(zhǎng)。 在數(shù)值分析中，本文將基于細(xì)分曲面造型的邊界元法應(yīng)用于求解三維位勢(shì)問(wèn)題和線(xiàn)彈性問(wèn)題，考察了該方法的收斂性、精度以及優(yōu)越性，并討論了均勻細(xì)分曲面和自適應(yīng)細(xì)分曲面在建模和分析上的各自特點(diǎn)。從建模和分析結(jié)果來(lái)看，隨著細(xì)分層次的增加，細(xì)分曲面模型的網(wǎng)格數(shù)量增多，其質(zhì)量也不斷提高；同時(shí)，針對(duì)細(xì)分曲面模型的邊界元分析精度也越來(lái)越好。其中，針對(duì)均勻細(xì)分曲面建模的邊界元分析的收斂性和精度都較高。兩種細(xì)分建模方案都能夠獲得較好的幾何模型和滿(mǎn)足精度要求的分析結(jié)果。 在結(jié)果后處理中，本文基于ExodusII和ParaView提出了一個(gè)功能豐富的邊界元分析可視化后處理方案。該方案借助ExodusII生成包含模型信息和分析結(jié)果的二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件。該數(shù)據(jù)文件可以?xún)?chǔ)存時(shí)間不變的靜態(tài)數(shù)據(jù)或者含有時(shí)間步的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。該方案利用ParaView的各種可視化功能實(shí)現(xiàn)對(duì)邊界元分析結(jié)果數(shù)據(jù)的定性和定量的分析。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際需要和習(xí)慣操作，本文對(duì)ParaView做了一些二次開(kāi)發(fā)工作，包含界面簡(jiǎn)化、顏色條隨時(shí)間步更新、放大操作優(yōu)化以及注釋文字自動(dòng)添加等。為了在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)時(shí)獲得高效的處理性能和穩(wěn)定性，并滿(mǎn)足硬件升級(jí)的需要，本文編譯了64位版本的ParaView應(yīng)用程序。 最后，本文基于多塊數(shù)據(jù)集的概念，提出了一個(gè)針對(duì)含時(shí)間步的多域數(shù)據(jù)模型的特殊的可視化后處理方案，并將其應(yīng)用到混凝土壩熱傳導(dǎo)問(wèn)題分析的科學(xué)計(jì)算可視化中。通過(guò)ExodusII編寫(xiě)含有特殊標(biāo)識(shí)的數(shù)據(jù)文件并借助ParaView的二次開(kāi)發(fā)，該方案實(shí)現(xiàn)了在ParaView中模擬混凝土壩的澆筑過(guò)程；同時(shí)，針對(duì)包含混凝土壩完整模型信息和熱傳導(dǎo)問(wèn)題分析結(jié)果的數(shù)據(jù)模型，該方案提供了一個(gè)有效的動(dòng)畫(huà)演示功能，使得在某一時(shí)間步中只顯示當(dāng)前時(shí)間步含有分析結(jié)果的混凝土壩層，以真實(shí)地反映混凝土壩澆筑過(guò)程以及澆筑完成后一定時(shí)間段里溫度分布情況。該方案也適用于其他類(lèi)似的含時(shí)間步的多域模型的分析結(jié)果可視化后處理。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TH122

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 姚振漢,劉永健;三維彈性接觸問(wèn)題邊界元法的一種誤差直接估計(jì)[J];燕山大學(xué)學(xué)報(bào);2004年02期

2 鐘大平,周來(lái)水,王占東,周海;細(xì)分曲面的NC刀軌生成算法及實(shí)現(xiàn)[J];東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年01期

3 湯井田;公勁U

本文編號(hào)：1621285