CN110717288A - 一种基于网格映射的三维周期性网格划分方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于网格映射的三维周期性网格划分方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）搜索周期性边界上所有面单元，两个相对的面构成一组面单元组合；（2）通过对某个面单元组合进行网格映射，生成该组的周期性网格；（3）对每个面单元组合进行周期性网格的生产，完成周期性边界上周期性网格的划分；（4）在周期性面单元网格的基础上，划分实体单元网格。优点：将面网格映射到相对的面，从而保证周期性边界面单元网格的周期性，克服了现有网格划分方法无法保证周期性的缺点；效率高，实现了针对三维实体周期性边界的周期性网格划分，从而使得周期性边界条件更容易施加，便于实现，以及更好地服务于岩土力学相关研究和工程安全性评价。
Description
技术领域
本发明是涉及一种三维数值模型网格的划分方法，具体地说是涉及一种基于网格映射的三维周期性网格划分方法。
背景技术
天然岩土体材料形成经过了漫长的地质历史时期，具有很强结构性，常表现出明显的不连续性、非均质性、各向异性和力学响应的非线性。传统的本构模型难以描述具有复杂细观结构的岩土体材料的力学行为，基于岩土体材料的细观结构的数值方法仅适用于小尺度的岩土体材料的模拟，无法应用于大型岩土体工程。建立连接宏观力学相应和细观结构演化的多尺度分析方法，揭示岩土体材料的宏细观力学机理，已经成为当前岩土工程领域的难点和前沿问题。
作为典型的非均质材料，岩土体材料的细观结构对其力学行为具有非常重要的影响。那么基于有限单元方法（FEM）的土石混合体数值模型的建立以及数值模拟是研究非均质材料的常用分析方法。为保证所建有限尺度的数值模型可以真实反映该模型所代表的部分（系统）受到周边或环境的真实影响，针对数值模型施加周期性边界条件往往是数值建模的重要步骤。
具有周期性网格的周期性边界条件更有利于数值模拟的计算以及得到更合理的计算结果。基于周期性边界条件的多尺度模拟技术已经成为研究的热点。在二维模型的建立中，周期性网格建立的方法通过固定网格种子点实现。但是对于三维细观模型的建立，目前并没有实现周期性网格建立的方法。因此如何在保证边界条件周期性的同时也保证所划分的网格相应地具有周期性是一个关键问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于网格映射的三维周期性网格划分方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于网格映射的三维周期性网格划分方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）搜索周期性边界上所有面单元，两个相对的面构成一组面单元组合；
（2）通过对某个面单元组合进行网格映射，生成该组的周期性网格；
（3）对每个面单元组合进行周期性网格的生产，完成周期性边界上周期性网格的划分；
（4）划分实体单元网格。
进一步地，所述步骤（1）中的周期性边界是通过建立边界节点的一一对应的约束关系来实现的。
优选的，所述步骤（1）中所述周期性边界在相对边界上相应位置有相同形状的面单元，将两个相对应的面单元作为一组面单元组合存储。
进一步地，所述步骤（2）的具体步骤是将某个所述面单元组合中的一个面单元先划分网格，然后将已划分的网格复制并偏移到该组的另一个面单元上。
进一步地，所述步骤（3）的具体步骤是遍历所有面单元组合，按照步骤（2）的方法生成周期性网格，完成周期性边界上周期性网格的划分。
进一步地，所述步骤（4）在面网格的基础上，在模型内部生成控制节点，采用常规的Delaunay四面体实现实体网格剖分。
本发明所达到的有益效果：
与现有技术相比，本发明将面网格映射到相对的面，从而保证周期性边界面单元网格的周期性，克服了现有网格划分方法无法保证周期性的缺点。本发明方法效率高，成本低，实现了针对三维实体周期性边界的周期性网格划分。
附图说明
图1是本发明实施例的总体流程图；
图2是周期性网格划分实施例；
图3-1是土石混合体形态示意图；
图3-2是具有周期性结构的土石混合体数值模型示意图。
图中：1为一号面单元，2为二号面单元，3为一号面单元网格，4为一号面单元网格的复制网格，5为二号面单元网格。
具体实施方式
针对岩土工程常见的土石混合体材料，下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，本发明公开了一种基于网格映射的三维周期性网格划分方法，以某土石混合体数值模型，如图2为例，说明本发明实施例方法的实施过程。包括以下步骤：
（1）搜索周期性边界上所有面单元，两个相对的面成一组，按组存储。
一号面单元1和二号面单元处在周期性边界相对面且具有相同的形状，将一号面单元1和二号面单元2存储为一组。以此类推，将该数值模型边界上所有周期性面单元按组存储。
（2）在每组面的其中一个面划分网格，并通过偏移网格映射到相对的面上。
划分一号面单元1得到一号面单元网格3，复制一号面单元网格3可得到一号面单元网格的复制网格4，将一号面单元网格的复制网格4偏移映射到与一号面单元1具有相同形状的二号面单元2的位置，即可得到二号面单元2所对应的周期性二号面单元网格5。
（3）遍历所有组面，按照步骤（2）的方法生成网格，完成周期性边界上周期性网格划分。
（4）在步骤（3）所生成周期性面单元网格的基础上，划分实体内部网格。从而得到可以进行数值计算与模拟的具有三维周期性网格的三维数值模型。
（5）采用上述方法，考虑更多个颗粒的投放情况，建立与真实土石混合体结构类似的有限元模型如图3-1和3-2所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于网格映射的三维周期性网格划分方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）搜索周期性边界上所有面单元，两个相对的面构成一组面单元组合；
（2）通过对某个面单元组合进行网格映射，生成该组的周期性网格；
（3）对每个面单元组合进行周期性网格的生产，完成周期性边界上周期性网格的划分；
（4）在模型内部划分实体网格。
2.根据权利要求1所述的基于网格映射的三维周期性网格划分方法，其特征在于，所述步骤（1）中的周期性边界是通过建立边界节点的一一对应的约束关系来实现的。
3.根据权利要求1所述的基于网格映射的三维周期性网格划分方法，其特征在于，所述步骤（1）中所述周期性边界在相对边界上相应位置有相同形状的面单元，将两个相对应的面单元作为一组面单元组合存储。
4.根据权利要求1所述的基于网格映射的三维周期性网格划分方法，其特征在于，所述步骤（2）的具体步骤是将某个所述面单元组合中的一个面单元先划分网格，然后将已划分的网格复制并偏移到该组的另一个面单元上。
5.根据权利要求1所述的基于网格映射的三维周期性网格划分方法，其特征在于，所述步骤（3）的具体步骤是遍历所有面单元组合，按照步骤（2）的方法生成周期性网格，完成周期性边界上周期性网格的划分。
6.根据权利要求1所述的基于网格映射的三维周期性网格划分方法，其特征在于，所述步骤（4）在面网格的基础上，在模型内部生成控制节点，采用常规的Delaunay四面体实现实体网格剖分。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117574719A (zh) * | 2023-11-21 | 2024-02-20 | 中国航空发动机研究院 | 周期性网格生成方法、装置、电子设备及存储介质 |
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