[发明专利]四边有限元网格模型的参数化模型重建

说明书

本发明提供一种四边有限元网格模型的参数化重建算法，以有限元分析软件得到的四边形网格模型作为基础，将四边形网格模型的单元编号和节点坐标作为输入信息重建四边形网格单元之间的拓扑关系，并根据得到的拓扑信息进行单元网格规范合并、块域自适应合并等合并操作，减少块域数量并得到合并后的子域，通过保留合并得到的子域边界上的特征点并对特征点进行连线，得到一定数量的四边形最终子域，根据得到的最终子域的边界进行体参数模型的构建、调整与优化，最终得到体参数化模型。该算法能够对多孔板等结构的四边形网格模型进行参数化重建，得到的体参数化模型适用于等几何分析,且具有表达简洁、全域光顺等优势。

技术领域

本发明涉及一种有限元模型参数化重建算法，具体涉及一种四边有限元网格模型的参数化重建算法。

背景技术

当前的产品设计过程中，由于CAE(计算机辅助工程)技术的发展领先于CAD(计算机辅助设计)，因此二者的无缝集成是一个瓶颈问题，CAE软件的约70％运行时间用于数据交换，而离散网格的生成阶段工作量占整个CAD/CAE过程的80％左右。

为解决CAE和CAD的无缝集成的问题，有多种分析法可供应用，其中等几何分析法具有灵活性强、精确性高、具有收敛性、边界条件设置简洁等优点，而基于体参数化模型的等几何分析方法具有解决CAE与CAD无缝集成问题的潜力。将体参数化模型应用于等几何分析目前还没有太多研究，但已经受到学者们越来越多的关注。

构建体参数模型是上述等几何分析方法的第一步。对于零亏格实体，创建双变量(对应于平面模型)或三变量(对应于三维模型)张量体，使其和平面正方形或立方体建立一一映射关系，这两种情况下得到的参数化模型统称为体参数化模型；对于多亏格实体，则将其分解为多个零亏格子域进行处理，同样可以得到体参数化模型。

若在上述体参数化模型的创建过程中采用了NUBRS样条作为映射函数，则创建的模型为样条体参数化模型。采用NUBRS样条作为映射函数，可使得到的体参数化模型具有表达简洁、全域光顺、便于和CAD集成等优势，在等几何分析和体造型领域都能发挥极大作用。

目前，有限元分析法是CAE领域对CAD产品进行仿真分析的主流方法，利用该方法得到的网格模型可以用于上述体参数化模型的构建。在使用该方法进行网格模型的创建时，会遇到需要对多孔板结构进行建模的情况，由于这些多孔板 结构中大量密集孔的存在，使有限元分析法划分得到的网格往往超出计算机的计算容量，从而不利于后续计算的进行。

发明内容

为解决上述问题，本发明采用了如下技术方案：

一种四边有限元网格模型的参数化模型重建算法，用于对四边形网格模型进行适用于等几何分析的体参数化模型重建，其中四边形网格模型由有限元软件将已创建的模型进行四边形网格划分而得到，将四边形网格模型中所有四边形网格单元的编号和节点坐标作为输入信息用于参数化模型重建算法的进行，该算法的特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，根据输入信息，重建四边形网格单元之间的拓扑关系，包括单元邻接关系、单元排列关系；

步骤S2，根据步骤S1中得到的拓扑关系进行网格单元规范合并及块域自适应合并，得到最终子域以及最终子域边界；

步骤S3，通过对步骤S2中得到的最终子域进行边界控制点反求及域内控制点插值，得到二维参数域模型，对二维参数域模型中的控制点进行调整和优化，得到适用于等几何分析的体参数化模型；

其中，步骤S2具体包括如下步骤：

步骤S2.1，网格单元规范合并，结合UV增长算法和相对边增长算法，对四边形网格单元进行规范合并，得到一定数量的基础块域；

步骤S2.2，对步骤S2.1得到的基础块域进行块域自适应合并，包括完全共享边块域合并、大部分共享边块域合并及孤岛块域合并，得到一定数量的子域；