CN104268945A - 一种基于等位面的聚变反应堆中子输运计算中的样条面处理方法 - Google Patents

一种基于等位面的聚变反应堆中子输运计算中的样条面处理方法 Download PDF

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Abstract

一种基于等位面的聚变反应堆中子输运计算中的样条面处理方法，由于中子输运计算程序无法处理样条面这样的高阶曲面，在进行中子输运计算前，需要将CAD模型中的样条面简化为低阶曲面，样条面的简化是基于CAD的中子输运计算建模的重要步骤。本发明提出了一种通过建立等位面对于以近似的样条面相邻的几何体间的样条面简化的简化方法。本发明实现了自动化，且简化后结果模型中无干涉和缝隙，达到了中子输运计算的要求。

Description

一种基于等位面的聚变反应堆中子输运计算中的样条面处理方法
技术领域
本发明涉及一种基于等位面的聚变反应堆中子输运计算中的样条面处理方法，应用于聚变反应堆的中子输运计算工作中。
背景技术
在聚变反应堆或装置的设计阶段，需要进行中子学分析，其中的关键步骤是进行中子输运计算。目前已经有了成熟的基于CAD模型的将CAD模型转换为中子输运模型的技术手段，但是在复杂的聚变反应堆装置的CAD模型中可能包含有样条面这类高阶曲面，这些曲面是无法直接用于生成中子输运模型的。在进行中子输运模型创建前，需要通过一定的步骤处理样条曲面，使用低阶曲面去拟合样条曲面，条面的简化是基于CAD的中子输运计算建模的重要步骤。
中子输运计算需要生成的模型无缝隙且不能有干涉，这对于样条面处理是是一个挑战。现有技术是分别对各个实体上的样条面进行简化处理，这样不考虑CAD模型中实体间的面关系，极易在生成的中子输运计算模型中形成空隙或者干涉，就有可能造成中子输运计算的失败。
发明内容
本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提出一种基于等位面的聚变反应堆中子输运计算建模中的样条面处理方法，该方法能够实现计算机自动处理，在保证不产生缝隙和干涉的情况下保持模型处理的高效性，能够满足聚变反应堆的中子输运计算建模需求。
本发明技术解决方案：一种基于等位面的聚变反应堆中子输运模型中的样条面处理方法。在这样的问题中，聚变堆模型中存在过于靠近的样条面，需要将这些样条面简化为同一个面，然后提供给中子输运模型建模软件进行建模形成中子输运计算模型。如图1所示。
本发明方法分为6个步骤。
(1)如图2所示，Fa和Fb是几何体S1和S2相邻的两个样条面，在样条面上根据曲率选取若干顶点，连接顶点形成平面片，连接平面片形成图2虚线所示的初始F1和F2。F1和F2与样条面边界相连，保证面的封闭性；
(2)如图3所示，向S1内移动F1，直到F1全部在Fa的远离S2的一侧且F1与Fa或Fb不相交。同样移动F2到远离S1的一侧且使F2与Fb不相交。F1，F2与两个实体的面围成了过渡区域T，S1和S2过渡区域以外的区域为实体的剩余部分S1left和S2left；
(3)如图4所示，在F1，F2的包围盒中，选取到两个样条面距离一致的点(如果选择的点到两样条面的距离超过限制，表示该点不在样条面相邻区域，舍弃该点)，采用1发明内容1中类似方法，使用这些点构造成一个由面片构成的面壳,称为等位面；
(4)如图5所示，使用等位面与F1和F2构造非结构网格：使用面片顶点构造不规则四面体，这些非结构网格以等位面为中间部分一分为二，形成两个部分T1和T2；
(5)如图6所示，将T1与S1left合并，将T2与S2left合并，形成最终的简化结果，至此，相邻的实体上的样条面就简化为了构成等位面的平面，完成了简化过程；
(6)重复上述步骤直到所有样条面均被处理，使用中子输运程序的格式描述平面以及其他非样条面的面，输出中子输运程序的输入模型。
本发明与现有技术相比的优点在于：以往的简化方法是单独将各实体上的样条面进行简化，自动简化为面片模型或者手工简化为更加拟合样条面的二次曲面模型。其中自动建模面片模型会造成简化后的实体干涉的问题，中子输运计算对于计算几何要求不能有空隙和干涉，这样简化得到的模型无法满足中子输运计算的要求。其中手工简化样条面为二次曲面模型会耗费大量的手工工作，会大大降低模型预处理的速度。
附图说明
图1为本发明方法实现流程图；
图2为两个待简化实体；
图3样条面Fa和Fb简化后移动成为F1和F2的过程示意图；
图4寻找等位点形成等位面；
图5等位面与F1和F2形成非结构网格分割过渡区域；
图6最终简化结果。
具体实施方式
为了基于实际CAD模型建立物理计算模型，需要解决实际CAD模型中存在的相邻样条面的简化问题。简化的结果不能包含干涉、空隙等内容。为此，需要经过如下的步骤对CAD实体间相邻的样条面进行简化。
1.假设Fa和Fb是几何体S1和S2相邻的两个样条面，设样条面的参数方程组如下：
x＝fx(u,v),y＝fy(u,v),z＝fz(u,v)，以一定的间隔选取参数u,v的值，得到一组在样条面上的顶点，同时，在样条面的边上也以一定的间隔选择参数u,v的值，得到一组在样条面边上的顶点集。将这些顶点集中相邻的3个顶点相连，形成平面片，连接平面片形成图2虚线所示的初始面片壳F1和F2。F1和F2与样条面边界相连，且具有封闭性；
2.对面片壳F1和F2，对其上的每个非边界顶点，计算样条面在该点的到实体内的法向量并将点沿法向量移动，直到面片壳F1全部在Fa的远离S2的一侧且F1与Fa或Fb不相交。同样移动F2到远离S1的一侧且使F2与Fb不相交。F1，F2与两个实体的面围成了过渡区域T，S1和S2过渡区域以外的区域为实体的剩余部分S1left和S2left；
3.在F1，F2的包围盒中，选取到两个样条面距离最近且距离一致的点(如果点到两个样条面的距离超过限值，则表示此点不在两样条面的重合部分，则抛弃这一点)，采用步骤1中方法，使用这些点构造成一个由面片构成的面壳,称为等位面，同时将没有被等位面覆盖的样条面部分使用1中方法面片化；
4.如图4所示，使用等位面、样条面其余部分的面片壳与F1和F2构造非结构网格：使用面片顶点构造不规则四面体，这些非结构网格以等位面为中间部分一分为二，形成两个部分T1和T2；
5.如图5所示，将T1与S1left合并，将T2与S2left合并，形成最终的S1和S2实体，此时以样条面相邻的两个实体完成对该样条面的简化，简化的结果满足无缝隙、无干涉的要求。
6.重复上述步骤直到模型中所有样条面均被处理，所有的实体面可使用中子输运程序能够支持的解析曲面参数描述，使用面方程描述各实体面，并输出为中子输运计算模型，供中子输运计算使用。

Claims (1)

1.一种基于等位面的聚变反应堆中子输运计算中的样条面处理方法，假设在需要建立中子输运模型的聚变堆CAD模型中有两个实体为S1和S2，两个实体的邻接面分别为Fa和Fb，Fa和Fb是近似的两个样条曲面，其特征在于所述方法步骤如下：
(1)使用面片化方法，简化Fa和Fb为平面片组成的面壳，在面壳与实体的其他面相交的位置补足面，保证新表面与两个实体中Fa和Fb之外的面都能够密封，这两个新表面为F1和F2；
(2)将F1上的非边界顶点向S1内移动，直到F1全部在Fa的靠S1的一侧，将F2上的非边界顶点向S1内移动，直到F2全部在Fb的靠S2的一侧，至此F1，F2与两个实体的面围成了过渡区域T，S1和S2过渡区域以外的区域为实体的剩余部分S1left和S2left；
(3)构造包含F1，F2的包围盒，在包围盒中按照预定义精度选取到样条面最近的点集合P＝{p1,p2...}，连接这些点，构造平面片，连接平面片构成等位面；
(4)使用等位面分割过渡区域T，形成两个部分，其中靠近S1的部分为T1，靠近S2的部分为T2；
(5)将T1与S1left合并，将T2与S2left合并，形成最终的简化结果，至此，相邻的实体上的样条面就简化为了组成等位面的一组平面，完成了对样条面的处理；
(6)重复上述步骤直到所有样条面均被处理，使用中子输运程序的格式描述平面以及其他非样条面的面，继而输出中子输运程序的输入模型。
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