CN109472046A - 复杂坝基拱坝三维有限元四面体网格自动剖分方法 - Google Patents
复杂坝基拱坝三维有限元四面体网格自动剖分方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109472046A CN109472046A CN201811138818.4A CN201811138818A CN109472046A CN 109472046 A CN109472046 A CN 109472046A CN 201811138818 A CN201811138818 A CN 201811138818A CN 109472046 A CN109472046 A CN 109472046A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tetrahedron
- cut surface
- dam
- grid
- former
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000001815 facial effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 2
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 2
- 241000682719 Adina Species 0.000 description 1
- 238000004883 computer application Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000012916 structural analysis Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/10—Geometric CAD
- G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Architecture (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Processing Or Creating Images (AREA)
Abstract
本发明公开了一种复杂坝基拱坝三维有限元四面体网格自动剖分方法,所述方法中计算机建立均质条件下的坝体坝基四面体背景网格;将坝体横缝及坝基中各种结构面,在三维空间中作为切割面投放在背景网格中;针对每一个切割面,根据其在背景网格上的切割位置,对每一个四面体背景网格进行网格重新生成,直至所有的切割面投放处理完毕;优化重生网格的质量,完成建模工作。本发明通过实现有限元网格自动剖分,可大大减少前期处理工作量,有效缩短有限元模型建立时间,提高研究水平与效率。
Description
技术领域
本发明涉及计算机应用技术领域,具体涉及一种复杂坝基拱坝三维有限元四面体网格自动剖分方法。
背景技术
随着我国水利水电工程技术的不断发展,拱坝作为常见坝型,有着广泛的应用,特别是在我国西部的高山峡谷区,尤其适合修建高拱坝。对于坝基条件较为复杂的高拱坝,一般均采用三维有限元法进行结构的计算分析。有限元法分析的前提是整体结构的离散化,即有限元网格剖分,对于西部地区的高拱坝而言,坝基三维空间中各种结构面对岩体切割而形成纵横交错的形态,且拱坝坝体网格本身因具有横缝、诱导缝等而存在不连续面,因此其三维有限元模型的建立是一项较为困难的工作。近年来,随着计算机硬件的迅速发展及商用有限元软件的广泛应用,超大规模结构分析问题的求解已经成为现实,而此时有限元前处理工作(即网格剖分)成为整个分析流程的瓶颈,极大地影响了研究效率,阻碍了应用水平的提高。现阶段,在三维空间中,四面体网格自动生成的算法已经相当成熟,而六面体网格的生成方面还没有通用的算法,复杂三维实体的全六面体单元网格全自动生成问题始终未能获得真正意义上的解决。对于具有复杂边界条件的拱坝及其坝基而言,全六面体网格自动剖分更加困难。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足,提供一种复杂坝基拱坝三维有限元四面体网格自动剖分方法。
为了解决上述技术问题本发明所采用的技术方案包括以下步骤:
1)建立均质条件下的坝体坝基四面体背景网格;
2)将坝体横缝及坝基中各种结构面,在三维空间中作为切割面投放在背景网格中;
3)针对每一个切割面,根据其在背景网格上的切割位置,对每一个四面体背景网格进行网格重新生成,直至所有的切割面投放处理完毕;
4)优化重生网格的质量,完成建模工作。
优选地,步骤2)中坝体横缝及坝基中各种结构面采用无厚度的接触单元进行模拟,在该切割面上生成空间位置重合的双节点信息。
优选地,步骤2)中切割面的空间位置确定方法为:
若切割面与三维坐标系中的其中一条坐标轴垂直,直接采用切割面内一个点的坐标值确定切割面的位置;
若切割面不与三维坐标系中的任一坐标轴垂直,取切割面平面内不在同一条直线上的三个点的坐标值确定切割面的位置或取切割面平面内一点与切割面平面的法矢量确定切割面位置。
优选地,所述步骤3)中根据切割位置进行网格重新生成的方法为:
若切割面切割四面体单元的两个顶点和一条棱边,原四面体被分割为两个四面体单元;
若切割面切割四面体单元的一个顶点和两条棱边,原四面体被分割为一个四面体和一个四棱锥,在四棱锥底面取一点并与四棱锥的五个顶点连接,可将四棱锥分解为四个四面体,原四面体最终被分解为五个四面体单元;
若切割面切割四面体单元的三条棱边,原四面体被分割为一个四面体和一个三棱柱,在三棱柱内部取一点并与三棱柱的六个顶点连接,可将三棱柱分解为两个四面体和三个四棱锥,每个四棱锥又可以被分解为四个四面体,这样一个三棱柱可被分解为十四个四面体,原四面体最终被分解为十五个四面体单元;
若切割面切割四面体单元的四条棱边,原四面体被分割为两个三棱柱,每个三棱柱可被分解为十四个四面体,原四面体最终被分解为二十八个四面体单元;
切割面切割四面体单元的棱边时,控制切割后的长短棱边长度比例,若长度比例大于5,则将其调整为5。所有切割完成后,新生成的四面体单元网格节点信息取代被分割的原四面体单元网格节点信息。
优选地,步骤4)的具体步骤包括:
41)计算新生成的四面体单元的体积,控制每个四面体单元的最小体积,若体积小于0.1m3,则将其直接缩为一点;
42)计算新生成的四面体单元的最小坍塌比(四面体的高度乘以1.24后与其对应底面面积的比值),若比值小于0.1,则将其顶点对应的节点位置进行移动。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是:
本发明通过实现有限元网格自动剖分,可大大减少前期处理工作量,有效缩短有限元模型建立时间,提高研究水平与效率。
附图说明
图1为本发明中切割面切割四面体单元时不同切割位置的结构示意图。
图2为四棱锥的分解结构示意图;
图3为三棱柱的分解结构示意图;
图4为坝体坝基背景网格划分;
图5为针对一条断层进行一次切割后自动重新生成的网格;
图6为针对三条断层进行三次切割后自动重新生成的网格;
图7为本发明方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图所示,本发明提出一种复杂坝基拱坝三维有限元四面体网格自动剖分方法,所述方法的具体步骤包括:
1)建立均质条件下的坝体坝基四面体背景网格;
根据拱坝体形与坝基地形条件,借助ADINA、ABAQUS、ANSYS等有限元软件的前处理模块,建立均质坝体和坝基的有限元四面体网格,其中根据计算机性能确定四面体的长度尺寸,该网格作为背景网格。
2)将坝体横缝及坝基中各种结构面,在三维空间中作为切割面投放在背景网格中;
坝体横缝及坝基中各种结构面采用无厚度的接触单元进行模拟,在该切割面上生成空间位置重合的双节点信息。
切割面的空间位置确定方法为:
若切割面与三维坐标系中的其中一条坐标轴垂直,直接采用切割面内一个点的坐标值确定切割面的位置;
若切割面不与三维坐标系中的任一坐标轴垂直,取切割面平面内不在同一条直线上的三个点的坐标值确定切割面的位置或取切割面平面内一点与切割面平面的法矢量确定切割面位置。
3)针对每一个切割面,根据其在背景网格上的切割位置,对每一个四面体背景网格进行网格重新生成,直至所有的切割面投放处理完毕;
根据切割位置进行网格重新生成的方法为:
若切割面切割四面体单元的两个顶点和一条棱边,原四面体被分割为两个四面体单元;
若切割面切割四面体单元的一个顶点和两条棱边,原四面体被分割为一个四面体和一个四棱锥,在四棱锥底面取一点并与四棱锥的五个顶点连接,可将四棱锥分解为四个四面体,原四面体最终被分解为五个四面体单元;
若切割面切割四面体单元的三条棱边,原四面体被分割为一个四面体和一个三棱柱,在三棱柱内部取一点并与三棱柱的六个顶点连接,可将三棱柱分解为两个四面体和三个四棱锥,每个四棱锥又可以被分解为四个四面体,这样一个三棱柱可被分解为十四个四面体,原四面体最终被分解为十五个四面体单元;
若切割面切割四面体单元的四条棱边,原四面体被分割为两个三棱柱,每个三棱柱可被分解为十四个四面体,原四面体最终被分解为二十八个四面体单元;
切割面切割四面体单元的棱边时,控制切割后的长短棱边长度比例,若长度比例大于5,则将其调整为5。所有切割完成后,新生成的四面体单元网格节点信息取代被分割的原四面体单元网格节点信息。
4)优化重生网格的质量,完成建模工作;
具体步骤包括:
41)计算新生成的四面体单元的体积,控制每个四面体单元的最小体积,若体积小于0.1m3,则将其直接缩为一点;
42)计算新生成的四面体单元的最小坍塌比(四面体的高度乘以1.24后与其对应底面面积的比值),若比值小于0.1,则将其顶点对应的节点位置进行移动。
其它未详细说明的部分均属于现有技术。
Claims (5)
1.复杂坝基拱坝三维有限元四面体网格自动剖分方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤:
1)建立均质条件下的坝体坝基四面体背景网格;
2)将坝体横缝及坝基中各种结构面,在三维空间中作为切割面投放在背景网格中;
3)针对每一个切割面,根据其在背景网格上的切割位置,对每一个四面体背景网格进行网格重新生成,直至所有的切割面投放处理完毕;
4)优化重生网格的质量,完成建模工作。
2.根据权利要求1所述的复杂坝基拱坝三维有限元四面体网格自动剖分方法,其特征在于:所述步骤2)中坝体横缝及坝基中各种结构面采用无厚度的接触单元进行模拟,在该切割面上生成空间位置重合的双节点信息。
3.根据权利要求1所述的复杂坝基拱坝三维有限元四面体网格自动剖分方法,其特征在于:所述步骤2)中切割面的空间位置确定方法为:
若切割面与三维坐标系中的其中一条坐标轴垂直,直接采用切割面内一个点的坐标值确定切割面的位置;
若切割面不与三维坐标系中的任一坐标轴垂直,取切割面平面内不在同一条直线上的三个点的坐标值确定切割面的位置或取切割面平面内一点与切割面平面的法矢量确定切割面位置。
4.根据权利要求1所述的复杂坝基拱坝三维有限元四面体网格自动剖分方法,其特征在于:所述步骤3)中根据切割位置进行网格重新生成的方法为:
若切割面切割四面体单元的两个顶点和一条棱边,原四面体被分割为两个四面体单元;
若切割面切割四面体单元的一个顶点和两条棱边,原四面体被分割为一个四面体和一个四棱锥,在四棱锥底面取一点并与四棱锥的五个顶点连接,可将四棱锥分解为四个四面体,原四面体最终被分解为五个四面体单元;
若切割面切割四面体单元的三条棱边,原四面体被分割为一个四面体和一个三棱柱,在三棱柱内部取一点并与三棱柱的六个顶点连接,可将三棱柱分解为两个四面体和三个四棱锥,每个四棱锥又可以被分解为四个四面体,这样一个三棱柱可被分解为十四个四面体,原四面体最终被分解为十五个四面体单元;
若切割面切割四面体单元的四条棱边,原四面体被分割为两个三棱柱,每个三棱柱可被分解为十四个四面体,原四面体最终被分解为二十八个四面体单元;
切割面切割四面体单元的棱边时,控制切割后的长短棱边长度比例,若长度比例大于5,则将其调整为5。所有切割完成后,新生成的四面体单元网格节点信息取代被分割的原四面体单元网格节点信息。
5.根据权利要求1所述的复杂坝基拱坝三维有限元四面体网格自动剖分方法,其特征在于:所述步骤4)的具体步骤包括:
41)计算新生成的四面体单元的体积,控制每个四面体单元的最小体积,若体积小于0.1m3,则将其直接缩为一点;
42)计算新生成的四面体单元的最小坍塌比(四面体的高度乘以1.24后与其对应底面面积的比值),若比值小于0.1,则将其顶点对应的节点位置进行移动。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811138818.4A CN109472046A (zh) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | 复杂坝基拱坝三维有限元四面体网格自动剖分方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811138818.4A CN109472046A (zh) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | 复杂坝基拱坝三维有限元四面体网格自动剖分方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109472046A true CN109472046A (zh) | 2019-03-15 |
Family
ID=65664402
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201811138818.4A Pending CN109472046A (zh) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | 复杂坝基拱坝三维有限元四面体网格自动剖分方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109472046A (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111159947A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-15 | 中国水利水电科学研究院 | 高拱坝坝肩加固方法及装置 |
CN112560385A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-03-26 | 芯和半导体科技(上海)有限公司 | 一种应用于封装的分层扫掠网格划分方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102622467A (zh) * | 2012-02-17 | 2012-08-01 | 上海同岩土木工程科技有限公司 | 包含多种构件的三维有限元网格自动剖分方法 |
CN108346150A (zh) * | 2018-03-06 | 2018-07-31 | 鲁东大学 | 一种基于图谱分析的脑皮层厚度估计方法 |
-
2018
- 2018-09-28 CN CN201811138818.4A patent/CN109472046A/zh active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102622467A (zh) * | 2012-02-17 | 2012-08-01 | 上海同岩土木工程科技有限公司 | 包含多种构件的三维有限元网格自动剖分方法 |
CN108346150A (zh) * | 2018-03-06 | 2018-07-31 | 鲁东大学 | 一种基于图谱分析的脑皮层厚度估计方法 |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
张伯艳 等: "复杂水工结构有限元网格离散的简单实现", 《水利水电技术》 * |
张伯艳 等: "复杂水工结构有限元网格离散的简单实现", 《水利水电技术》, 15 December 1998 (1998-12-15), pages 4 - 6 * |
张渭军;: "基于四面体的地质体可视化与剖分研究", 金属矿山, no. 01, pages 139 - 144 * |
王征 等: "基于投影法的四面体网格切割算法", 《数据采集与处理》 * |
王征 等: "基于投影法的四面体网格切割算法", 《数据采集与处理》, 30 December 2016 (2016-12-30), pages 423 - 427 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111159947A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-15 | 中国水利水电科学研究院 | 高拱坝坝肩加固方法及装置 |
CN111159947B (zh) * | 2019-12-30 | 2023-04-07 | 中国水利水电科学研究院 | 高拱坝坝肩加固方法及装置 |
CN112560385A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-03-26 | 芯和半导体科技(上海)有限公司 | 一种应用于封装的分层扫掠网格划分方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103514631B (zh) | 基于钻孔数据的海量三维地质模型网格式并行构建方法 | |
CN102306396B (zh) | 一种三维实体模型表面有限元网格自动生成方法 | |
CN103871102A (zh) | 一种基于高程点和道路轮廓面的道路三维精细建模方法 | |
CN108399290B (zh) | 基于裂隙网络连通性的裂隙流的modflow模拟方法 | |
CN103729506B (zh) | 一种复杂模型完全六面体建模及几何体重塑加密方法 | |
CN110188423A (zh) | 一种基于有限元网格划分的线性工程结构快速bim建模方法 | |
CN108763625A (zh) | 一种flac3d软件前处理的方法及*** | |
CN109472046A (zh) | 复杂坝基拱坝三维有限元四面体网格自动剖分方法 | |
JP3988925B2 (ja) | 混合格子型解適合格子法を用いた数値解析装置 | |
US20240185522A1 (en) | Method for generating a hexahedral mesh | |
CN106844963B (zh) | 模拟开挖至运行全过程的拱坝三维网格模型自动剖分方法 | |
CN110990926B (zh) | 一种基于面积修正率的城市地表建筑水动力学仿真方法 | |
CN114117861A (zh) | 一种基于混合网格的隧道电阻率建模方法及*** | |
CN104200528A (zh) | 基于矢量闭合的三维建模方法 | |
CN108389263A (zh) | 面向边界元方法求解计算的iges面网格快速生成方法 | |
CN107886573B (zh) | 一种复杂地质条件下边坡三维有限元网格生成方法 | |
CN102903149B (zh) | 地质模型的成块成体方法以及装置 | |
CN110349262A (zh) | 一种基于bim的隧道超前地质预报三维建模方法及*** | |
CN109558614B (zh) | 页岩气藏多尺度裂缝内气体流动的模拟方法及*** | |
CN109712241A (zh) | 一种包含采空区的三维矿山实体模型的建立方法 | |
CN109493425A (zh) | 一种矿山三维采空区实体模型的建立方法 | |
CN108763767B (zh) | 面向vr引擎的大数据量igs工业模型polygon转换方法 | |
CN103077554B (zh) | 基于节单位的作物交互式设计方法和*** | |
CN106097451B (zh) | 复杂地质模型的并行四面体剖分方法 | |
CN101673416B (zh) | 一种划分内燃机活塞六面体网格的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190315 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |