一種船舶多約束的二維全四邊形網(wǎng)格的生成算法.pdf

1、在船舶設計中，對CAD與CAE系統(tǒng)之間接口的平臺開發(fā)是很重要的一環(huán)。目前，普遍采用的設計流程是:首先，在AutoCAD與Patran并行設計的基礎上，完成方案設計及詳細設計;然后，根據(jù)前期的設計結果，通過船舶設計專業(yè)軟件Tribon，重建3D模型進行生產(chǎn)設計。這種設計流程在船舶整體設計中起到非常重要的作用。但是，不同的系統(tǒng)創(chuàng)建的模型相互獨立，這浪費了資源，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)品設計周期，增強企業(yè)競爭力

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

3、率;第二，有限元建模技術的發(fā)展受制于網(wǎng)格劃分技術，有限元分析的效率和計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，往往需要耗費大量時間，才能對一個復雜的幾何區(qū)域進行正確的網(wǎng)格劃分;另一方面，在船舶、航空等重要領域，生成網(wǎng)格的形式必須與所分析問題的性質(zhì)相適應。并且，基于安全和計算精度上的考慮，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)格復雜，技術層面上亦不如三角形網(wǎng)格生成技術成熟，這也給四邊形網(wǎng)格劃分技術

4、的發(fā)展增加了難度;第三，通過交互界面或者宏命令語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，通常獨立地定義船舶結構即建模時沒有考慮結構間的實際連接關系和從屬關系，因而會帶來許多問題。
　　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，將兩種算法的優(yōu)點有效地結合，提出了一種集兩種算法優(yōu)點于一體的新的四邊形生成算法。并利用C++語言對改進的四邊形算法加以驗證，開發(fā)出可自動生成四邊形網(wǎng)

5、格的軟件。此外，本文還對生成的網(wǎng)格優(yōu)化方法加以推進，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，結合鋪砌法算法邊界敏感、網(wǎng)格質(zhì)量高和Q-Morph算法適應性強等優(yōu)點，提出一種集二者優(yōu)點于一體的改進的間接四邊形生成法。具體的改進點如下：
　　(1)對Q-Morph算法的前沿分類方法加以改進，以提高生成四邊形單元的正則性。
　　(2)結合鋪砌法邊界敏感的特點，對Q-Mo

6、rph算法確定四邊形網(wǎng)格形狀的規(guī)則加以改進，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)格轉化不同階段的特點，選擇不同的網(wǎng)格優(yōu)化算法。并針對應用最廣泛的拉普拉斯優(yōu)化算法的不足之處，對其加以改進:
　　針對拉普拉斯優(yōu)化算法會導致三角形網(wǎng)格被壓縮的不足，對該算法進行加權平均處理，保證網(wǎng)格尺寸的均勻性。
　　3)本文將研究船板結構中的約束特點，針對模型中約束處的單元協(xié)調(diào)性問題，對Q-Morph算法四邊形轉化的