CN115099040A - 一种板状结构网格模型破口面积计算方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种板状结构网格模型破口面积计算方法及系统，涉及舰船损伤技术领域。所述方法包括将破口产生前和破口产生后的板状结构网格模型进行对比确定破口单元集合；根据破口单元集合中各网格单元之间的连通性确定破口单元集合中的所有破口；确定破口的所有边界中最长的边界上的点为破口的主边界节点点集；确定主边界节点点集中各节点在破口产生后的板状结构网格模型中的坐标为破口矩阵；计算破口矩阵的协方差矩阵；对协方差矩阵进行旋转变换得到变换后的矩阵；根据变换后的矩阵利用高斯面积公式计算破口的面积；确定破口单元集合中所有破口的面积之和为板状结构网格模型中破口的总面积。本发明可通过定量方法确定板状结构网格模型的破口面积。

Description

一种板状结构网格模型破口面积计算方法及系统

技术领域

本发明涉及舰船损伤技术领域，特别是涉及一种板状结构网格模型破口面积计算方法及系统。

背景技术

大型目标如舰船等遭受爆炸冲击后，通常会产生一个或多个形状不规则的破口，破口大小直接决定着目标结构完整程度和防护能力等，若目标是舰船，还决定着舰船进水沉没速度，所以破口大小是评判目标损伤程度的重要指标。

现有技术在使用LS-DYNA等非线性动力学分析软件进行大型模型爆炸毁伤数值仿真的计算结果分析处理中，对模型产生的破口大小，往往依赖lsprepost等后处理软件中的测距工具，人工量取破口处的最大长度或破口直径，概略表征破口大小。而对于最直接表征破口程度的破口面积，尚未见较为准确的定量计算方法和工具。

发明内容

本发明的目的是提供一种板状结构网格模型破口面积计算方法及系统，可通过定量方法确定板状结构网格模型的破口面积。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种板状结构网格模型破口面积计算方法，包括：

获取船舰破口产生前的板状结构网格模型和破口产生后的板状结构网格模型；

将所述破口产生前的板状结构网格模型和破口产生后的板状结构网格模型进行对比，确定在破口产生前的板状结构网格模型中存在，但在破口产生后的板状结构网格模型中不存在的网格单元为破口单元集合；

根据所述破口单元集合中各网格单元之间的连通性确定所述破口单元集合中的所有破口；

确定各破口的主边界节点点集；所述一个破口的主边界节点点集为所述破口的所有边界中最长的边界上的点构成的集合；

对于任意一个主边界节点点集，确定所述主边界节点点集中各节点在所述破口产生后的板状结构网格模型中的坐标为破口矩阵；

计算所述破口矩阵的协方差矩阵；

对所述破口矩阵的协方差矩阵进行旋转变换得到变换后的矩阵；

根据所述变换后的矩阵利用高斯面积公式计算所述破口的面积；

确定所述破口单元集合中所有破口的面积之和为所述船舰中破口的总面积。

可选的，在所述对于任意一个主边界节点点集，确定所述主边界节点点集中各节点在所述破口产生后的板状结构网格模型中的坐标为破口矩阵，之前还包括：

在当前迭代次数下，对于当前迭代次数下所述破口单元集合中任意一个破口的主边界节点点集，确定所述主边界节点点集在所述破口产生前的板状结构网格模型中的坐标构成第一矩阵；

确定所述主边界节点点集在所述破口产生后的板状结构网格模型中的坐标构成第二矩阵；

计算所述第一矩阵和所述第二矩阵的协方差矩阵；

对所述协方差矩阵进行奇异值分解得到左奇异矩阵、右奇异矩阵和对角矩阵；

根据所述左奇异矩阵和所述右奇异矩阵得到旋转矩阵；

计算所述主边界节点点集的所有外围网格单元的点积；所述点积为第一法向量和第二旋转法向量的点积；所述第二旋转法向量为采用所述旋转矩阵对第二法向量进行旋转得到的；所述第一法向量为所述外围网格单元在所述破口产生前的板状结构网格模型中的法向量；所述第二法向量为所述外围网格单元在所述破口产生后的板状结构网格模型中的法向量；

将满足设定条件的所有主边界节点点集的所有外围网格单元加入当前迭代次数下的破口单元集合中得到下一迭代次数下的破口单元集合，根据所述下一迭代次数下的破口单元集合确定下一迭代次数下的各破口的主边界节点点集，并进入下次迭代，直到当前迭代次数下没有满足所述设定条件的外围网格单元，则确定当前迭代次数下的所述破口单元集合为最终的破口单元集合；所述设定条件为所述外围网格单元的点积小于0，且所述外围网格单元和目标主边界节点点集对应的破口的边界共享边的数量大于1；所述目标主边界节点点集为与所述外围网格单元对应的主边界节点点集；

对于所述最终的破口单元集合中的任意一个破口，确定所述破口的主边界节点点集。

可选的，所述将满足设定条件的所有主边界节点点集的所有外围网格单元加入当前迭代次数下的破口单元集合中得到下一迭代次数下的破口单元集合，具体包括：

将满足设定条件的所有主边界节点点集的所有外围网格单元加入当前迭代次数下的破口单元集合中得到更新后的破口单元集合；

对所述更新后的破口单元集合内的各破口分别进行碎片清除后得到清除后的破口单元集合；

根据所述清除后的破口单元集合中各破口的连通情况确定下一迭代次数下的破口单元集合。

可选的，所述确定各破口的主边界节点点集，具体包括：

遍历所述破口中所有网格单元的边，对于任意一个边，若所述边出现一次则所述边属于所述破口的边界；

确定所述破口的所有边界组成的所有环为边界集合；

确定所述边界集合中最长的环为所述破口的主边界，其余环为碎片边界；

在所述破口产生后的板状结构网格模型中删除所述碎片边界围成的区域内的所有网格单元得到删除后的破口单元集合；

将所述边界集合中的其余环删除得到所述破口删除后的边界集合；

将所述破口删除后的边界集合中各边界的点确定为主边界节点点集。

可选的，所述计算所述第一矩阵和所述第二矩阵的协方差矩阵，具体包括：

根据所述第一矩阵计算所述第一矩阵的均值向量；

根据所述第二矩阵计算所述第二矩阵的均值向量；

根据所述第一矩阵、所述第二矩阵、所述第一矩阵的均值向量和所述第二矩阵的均值向量得到所述第一矩阵和所述第二矩阵的协方差矩阵。

一种板状结构网格模型破口面积计算系统，包括：

获取模块，用于获取船舰破口产生前的板状结构网格模型和破口产生后的板状结构网格模型；

对比模块，用于将所述破口产生前的板状结构网格模型和破口产生后的板状结构网格模型进行对比，确定在破口产生前的板状结构网格模型中存在，但在破口产生后的板状结构网格模型中不存在的网格单元为破口单元集合；

破口确定模块，用于根据所述破口单元集合中各网格单元之间的连通性确定所述破口单元集合中的所有破口；

第一主边界节点点集确定模块，用于确定各破口的主边界节点点集；所述一个破口的主边界节点点集为所述破口的所有边界中最长的边界上的点构成的集合；

破口矩阵计算模块，用于对于任意一个主边界节点点集，确定所述主边界节点点集中各节点在所述破口产生后的板状结构网格模型中的坐标为破口矩阵；

第一协方差矩阵计算模块，用于计算所述破口矩阵的协方差矩阵；

旋转变换模块，用于对所述破口矩阵的协方差矩阵进行旋转变换得到变换后的矩阵；

面积计算模块，用于根据所述变换后的矩阵利用高斯面积公式计算所述破口的面积；

总面积计算模块，用于确定所述破口单元集合中所有破口的面积之和为所述船舰中破口的总面积。

可选的，所述板状结构网格模型破口面积计算系统，还包括：

第一矩阵确定模块，用于在当前迭代次数下，对于当前迭代次数下所述破口单元集合中任意一个破口的主边界节点点集，确定所述主边界节点点集在所述破口产生前的板状结构网格模型中的坐标构成第一矩阵；

第二矩阵确定模块，用于确定所述主边界节点点集在所述破口产生后的板状结构网格模型中的坐标构成第二矩阵；

第二协方差矩阵计算模块，用于计算所述第一矩阵和所述第二矩阵的协方差矩阵；

奇异分解计算模块，用于对所述协方差矩阵进行奇异值分解得到左奇异矩阵、右奇异矩阵和对角矩阵；

旋转矩阵计算模块，用于根据所述左奇异矩阵和所述右奇异矩阵得到旋转矩阵；

点积计算模块，用于计算所述主边界节点点集的所有外围网格单元的点积；所述点积为第一法向量和第二旋转法向量的点积；所述第二旋转法向量为采用所述旋转矩阵对第二法向量进行旋转得到的；所述第一法向量为所述外围网格单元在所述破口产生前的板状结构网格模型中的法向量；所述第二法向量为所述外围网格单元在所述破口产生后的板状结构网格模型中的法向量；

破口单元集合更新模块，将满足设定条件的所有主边界节点点集的所有外围网格单元加入当前迭代次数下的破口单元集合中得到下一迭代次数下的破口单元集合，根据所述下一迭代次数下的破口单元集合确定下一迭代次数下的各破口的主边界节点点集，并进入下次迭代，直到当前迭代次数下没有满足所述设定条件的外围网格单元，则确定当前迭代次数下的所述破口单元集合为最终的破口单元集合；所述设定条件为所述外围网格单元的点积小于0，且所述外围网格单元和目标主边界节点点集对应的破口的边界共享边的数量大于1；所述目标主边界节点点集为与所述外围网格单元对应的主边界节点点集；

最终主边界节点点集确定模块，用于对于所述最终的破口单元集合中的任意一个破口，确定所述破口的主边界节点点集。

可选的，所述破口单元集合更新模块，具体包括：

破口单元集合更新单元，用于将满足设定条件的所有主边界节点点集的所有外围网格单元加入当前迭代次数下的破口单元集合中得到更新后的破口单元集合；

碎片清除单元，用于对所述更新后的破口单元集合内的各破口分别进行碎片清除后得到清除后的破口单元集合；

新破口单元集合确定单元，用于根据所述清除后的破口单元集合中各破口的连通情况确定下一迭代次数下的破口单元集合。

可选的，所述第一主边界节点点集确定模块，具体包括：

破口边界确定单元，用于遍历所述破口中所有网格单元的边，对于任意一个边，若所述边出现一次则所述边属于所述破口的边界；

边界集合确定单元，用于确定所述破口的所有边界组成的所有环为边界集合；

主边界和碎片边界确定单元，用于确定所述边界集合中最长的环为所述破口的主边界，其余环为碎片边界；

删除后的破口单元集合确定单元，用于在所述破口产生后的板状结构网格模型中删除所述碎片边界围成的区域内的所有网格单元得到删除后的破口单元集合；

删除后的边界集合确定单元，用于将所述边界集合中的其余环删除得到所述破口删除后的边界集合；

主边界节点点集确定单元，用于将所述破口删除后的边界集合中各边界的点确定为主边界节点点集。

可选的，所述第二协方差矩阵计算模块，具体包括：

第一矩阵的均值向量计算单元，用于根据所述第一矩阵计算所述第一矩阵的均值向量；

第二矩阵的均值向量计算单元，用于根据所述第二矩阵计算所述第二矩阵的均值向量；

协方差矩阵计算单元，用于根据所述第一矩阵、所述第二矩阵、所述第一矩阵的均值向量和所述第二矩阵的均值向量得到所述第一矩阵和所述第二矩阵的协方差矩阵。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明将破口产生前的板状结构网格模型和破口产生后的板状结构网格模型进行对比，确定在破口产生前的板状结构网格模型中存在，但在破口产生后的板状结构网格模型中不存在的网格单元为破口单元集合；根据破口单元集合中各网格单元之间的连通性确定破口单元集合中的所有破口；对于任意一个破口，确定破口的所有边界中最长的边界上的点为破口的主边界节点点集；确定主边界节点点集中各节点在破口产生后的板状结构网格模型中的坐标为破口矩阵；计算破口矩阵的协方差矩阵；对破口矩阵的协方差矩阵进行旋转变换得到变换后的矩阵；根据变换后的矩阵利用高斯面积公式计算破口的面积；确定破口单元集合中所有破口的面积之和为板状结构网格模型中破口的总面积，可通过定量方法确定板状结构网格模型的破口面积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是产生破口前的板状结构网格模型示意图；

图2是产生破口后是板状结构网格模型示意图；

图3是破口单元集合示意图；

图4是分离出的破口的示意图；

图5是破口边界环分析示意图；

图6是“花瓣”单元结构示意图；

图7是经本方法处理后的破口边界示意图；

图8是本发明实施例提供的板状结构网格模型破口面积计算方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例提供的板状结构网格模型破口面积计算方法可以解决对于大型有限元模型数值仿真中局部破口的快速定量计算问题。本发明采用的技术方案是：用原模型和产生破口后的模型进行对比，首先获取失效单元所在区域的边界，然后反复应用主成分分析方法对主边界节点点集进行局部对准，同时逐层清除“花瓣”单元，找到破口区域最窄包络边界，最后用主成分分析方法和高斯面积公式求取其近似最大投影面积，模型中所有破口面积之和即为该模型的总破口面积。关于本方法适用条件的说明：(1)本方法必须在可读取模型所有节点坐标和拓扑信息的基础上实施；(2)原模型和产生破口后模型中的拓扑信息必须一致(破口中丢失的单元除外)，即保持破口外的单元和节点的编号不变，保持构成单元的节点编号不变。

如图8所示，所述板状结构网格模型破口面积计算方法的步骤为：

步骤101：获取船舰破口产生前的板状结构网格模型和破口产生后的板状结构网格模型。

步骤102：将所述破口产生前的板状结构网格模型和破口产生后的板状结构网格模型进行对比，确定在破口产生前的板状结构网格模型中存在，但在破口产生后的板状结构网格模型中不存在的网格单元为破口单元集合。

步骤103：根据所述破口单元集合中各网格单元之间的连通性确定所述破口单元集合中的所有破口。

步骤104：确定各破口的主边界节点点集。所述一个破口的主边界节点点集为所述破口的所有边界中最长的边界上的点构成的集合。

步骤105：对于任意一个主边界节点点集，确定所述主边界节点点集中各节点在所述破口产生后的板状结构网格模型中的坐标为破口矩阵。

步骤106：计算所述破口矩阵的协方差矩阵。

步骤107：对所述破口矩阵的协方差矩阵进行旋转变换得到变换后的矩阵。

步骤108：根据所述变换后的矩阵利用高斯面积公式计算所述破口的面积。

步骤109：确定所述破口单元集合中所有破口的面积之和为所述船舰中破口的总面积。

在实际应用中，在所述对于任意一个主边界节点点集，确定所述主边界节点点集中各节点在所述破口产生后的板状结构网格模型中的坐标为破口矩阵，之前还包括：

在当前迭代次数下，对于当前迭代次数下所述破口单元集合中任意一个破口的主边界节点点集，确定所述主边界节点点集在所述破口产生前的板状结构网格模型中的坐标构成第一矩阵。

确定所述主边界节点点集在所述破口产生后的板状结构网格模型中的坐标构成第二矩阵。

计算所述第一矩阵和所述第二矩阵的协方差矩阵。

对所述协方差矩阵进行奇异值分解得到左奇异矩阵、右奇异矩阵和对角矩阵。

根据所述左奇异矩阵和所述右奇异矩阵得到旋转矩阵。

计算所述主边界节点点集的所有外围网格单元的点积；所述点积为第一法向量和第二旋转法向量的点积；所述第二旋转法向量为采用所述旋转矩阵对第二法向量进行旋转得到的；所述第一法向量为所述外围网格单元在所述破口产生前的板状结构网格模型中的法向量；所述第二法向量为所述外围网格单元在所述破口产生后的板状结构网格模型中的法向量。

将满足设定条件的所有主边界节点点集的所有外围网格单元加入当前迭代次数下的破口单元集合中得到下一迭代次数下的破口单元集合，根据所述下一迭代次数下的破口单元集合确定下一迭代次数下的各破口的主边界节点点集，并进入下次迭代，直到当前迭代次数下没有满足所述设定条件的外围网格单元，则确定当前迭代次数下的所述破口单元集合为最终的破口单元集合；所述设定条件为所述外围网格单元的点积小于0，且所述外围网格单元和目标主边界节点点集对应的破口的边界共享边的数量大于1；所述目标主边界节点点集为与所述外围网格单元对应的主边界节点点集。

对于所述最终的破口单元集合中的任意一个破口，确定所述破口的主边界节点点集。

在实际应用中，所述将满足设定条件的所有主边界节点点集的所有外围网格单元加入当前迭代次数下的破口单元集合中得到下一迭代次数下的破口单元集合，具体包括：

将满足设定条件的所有主边界节点点集的所有外围网格单元加入当前迭代次数下的破口单元集合中得到更新后的破口单元集合。

对所述更新后的破口单元集合内的各破口分别进行碎片清除后得到清除后的破口单元集合。

根据所述清除后的破口单元集合中各破口的连通情况确定下一迭代次数下的破口单元集合。

在实际应用中，所述确定各破口的主边界节点点集，具体包括：

遍历所述破口中所有网格单元的边，对于任意一个边，若所述边出现一次则所述边属于所述破口的边界。

确定所述破口的所有边界组成的所有环为边界集合。

确定所述边界集合中最长的环为所述破口的主边界，其余环为碎片边界。

在所述破口产生后的板状结构网格模型中删除所述碎片边界围成的区域内的所有网格单元得到删除后的破口单元集合。

将所述边界集合中的其余环删除得到所述破口删除后的边界集合。

将所述破口删除后的边界集合中各边界的点确定为主边界节点点集。

在实际应用中，所述计算所述第一矩阵和所述第二矩阵的协方差矩阵，具体包括：

根据所述第一矩阵计算所述第一矩阵的均值向量。

根据所述第二矩阵计算所述第二矩阵的均值向量。

根据所述第一矩阵、所述第二矩阵、所述第一矩阵的均值向量和所述第二矩阵的均值向量得到所述第一矩阵和所述第二矩阵的协方差矩阵。

本发明实施例还提供了一种更加具体的板状结构网格模型破口面积计算方法：关于网格模型中单元、节点、边界的解释：板状结构网格模型一般由众多四边形构成，每个小四边形称为“单元”，四边形的顶点称为“节点”，一个连通区域的边界可以用连续的节点描述，称为“边界节点点集”。

(1)对比舰船模型中需要进行破口面积分析的板(如甲板、外板等)，其产生破口前模型状态(简称模型A，见图1)和产生破口后模型状态(简称模型B，见图2)，提取破口单元集合(见图3)。具体方法为：遍历模型A中所有单元，提取所有在模型A中存在但在模型B中不存在的单元，即为破口单元集合。

(2)分离不同破口。具体方法为：采用区域增长方法分析单元集合的连通性，每个连通区域为一个破口(如图4，1-13均为不同破口)。

(3)对每个破口单元集合，分析其边界，获得破口主边界节点点集，同时清除破口内碎片。具体方法如下：

a.遍历破口单元集合中所有单元的边，如果出现1次，则该边属于破口边界；如果出现2次，则该边为内部边(由于模型是板状结构，因此不可能出现高于2次的情况)。

b.一个破口的边界集合应由1个或多个环构成。分析破口边界中存在的环，取最长的环为该破口的主边界，其余环为破口内碎片边界。(例如：图5中的破口边界中存在6个环，其中14所示为主边界，15所示的5个环为破口内碎片边界)。在模型B中检索破口内碎片边界所围成区域内的所有单元，将其删除，同时在该破口边界中删除这些环。破口边界上节点集合即构成主边界节点点集。

(4)对前面得到的每个破口主边界节点点集，分别计算其破口面积。具体过程为步骤(5)～步骤(10)。

(5)对单一破口主边界节点点集，模型A和模型B中同时具有这些节点，但坐标不同。取其在模型A中的坐标构成矩阵P_a，取其在模型B中的坐标构成矩阵P_b：

其中，p_a1,p_a2,…,p_an,p_b1,p_b2,…,p_bn为点坐标行向量。这些坐标代表破口主边界节点在三维建模场景中的位置。

(6)应用主成分分析方法计算P_b对P_a的转换矩阵。具体方法如下：

a.分别计算P_a、P_b的均值向量：

b.计算P_a与P_b的协方差矩阵:

c.对矩阵n×cov[P_a,P_b]进行奇异值分解(SVD)

n×cov[P_a,P_b]＝U×(n×S)×V^T

(通过对n×cov[P_a,P_b]矩阵进行奇异值分解将得到U、n×S、V三个矩阵，其中U和V用于计算旋转矩阵R，n×S矩阵是对角矩阵，对角线上元素是n×cov[P_a,P_b]矩阵的奇异值从大到小排列，在本文的方法中不使用此项。)

由于SVD方法有可能得到沿第三维镜像翻转的模型，因此需要判断U*V^T的行列式的值，如果小于0，则将U的第三列元素取反。

计算得到旋转矩阵R：

R＝U×V^T

(7)依次检索破口主边界节点点集的外圈单元，对每个外圈单元进行分析，并将“花瓣”单元加入破口：

a.计算模型A中该单元的法向量V_A与该单元在模型B中的法向量V_B(均按行向量处理)。

b.计算V_B经过矩阵R旋转后，与V_A的点积：

d＝dot(V_A,V_B*R)

c.如果d<0，且该单元与破口边界共享边的数量大于1，则认为该单元为“花瓣”单元，示意图见图6中的16，将该单元加入破口单元集合。如果共享边的数量小于等于1，不做任何操作。

d.对处理“花瓣”单元后新产生的碎片单元进行检索和清除，方法同步骤(3)。

(8)分析每个破口，如果存在更新后的破口相接的情况，则将破口合并。

(9)按下一迭代次数下的破口单元集合更新破口主边界节点点集矩阵P_a、P_b，并重复步骤(6)、(7)、(8)，直至在步骤(7)c中无法找到任何新增的破口单元(最终得到的破口边界示意图见图7中的17(破口区域最窄包络边界))。

(10)对最后得到每个破口主边界节点点集作如下计算：

a.应用主成分分析方法将矩阵P_b向平面对准，步骤参考(6)，其中协方差矩阵按下式计算：

通过奇异值分解得到矩阵U。

b.将破口点集坐标使用矩阵U进行旋转变换：

c.运用高斯面积公式(鞋带定理)计算点集P'_b在第一、第二维坐标轴构成的平面上投影出的多边形的面积：

其中，x'_b(n+1)＝x'_b1，y'_b(n+1)＝y'_b1。S公式中的参数就是P'_b矩阵中的元素。

(11)最后将所有破口面积累加，得到总破口面积，这里计算出来的破口面积量纲和模型中的节点坐标一致。

本发明实施例针对上述方法还提供了一种板状结构网格模型破口面积计算系统，包括：

获取模块，用于获取船舰破口产生前的板状结构网格模型和破口产生后的板状结构网格模型。

对比模块，用于将所述破口产生前的板状结构网格模型和破口产生后的板状结构网格模型进行对比，确定在破口产生前的板状结构网格模型中存在，但在破口产生后的板状结构网格模型中不存在的网格单元为破口单元集合。

破口确定模块，用于根据所述破口单元集合中各网格单元之间的连通性确定所述破口单元集合中的所有破口。

第一主边界节点点集确定模块，用于确定各破口的主边界节点点集；所述一个破口的主边界节点点集为所述破口的所有边界中最长的边界上的点构成的集合。

破口矩阵计算模块，用于对于任意一个主边界节点点集，确定所述主边界节点点集中各节点在所述破口产生后的板状结构网格模型中的坐标为破口矩阵。

第一协方差矩阵计算模块，用于计算所述破口矩阵的协方差矩阵。

旋转变换模块，用于对所述破口矩阵的协方差矩阵进行旋转变换得到变换后的矩阵。

面积计算模块，用于根据所述变换后的矩阵利用高斯面积公式计算所述破口的面积。

总面积计算模块，用于确定所述破口单元集合中所有破口的面积之和为所述船舰中破口的总面积。

作为一种可选的实施方式，板状结构网格模型破口面积计算系统，还包括：

第一矩阵确定模块，用于在当前迭代次数下，对于当前迭代次数下所述破口单元集合中任意一个破口的主边界节点点集，确定所述主边界节点点集在所述破口产生前的板状结构网格模型中的坐标构成第一矩阵。

第二矩阵确定模块，用于确定所述主边界节点点集在所述破口产生后的板状结构网格模型中的坐标构成第二矩阵。

第二协方差矩阵计算模块，用于计算所述第一矩阵和所述第二矩阵的协方差矩阵。

奇异分解计算模块，用于对所述协方差矩阵进行奇异值分解得到左奇异矩阵、右奇异矩阵和对角矩阵。

旋转矩阵计算模块，用于根据所述左奇异矩阵和所述右奇异矩阵得到旋转矩阵。

点积计算模块，用于计算所述主边界节点点集的所有外围网格单元的点积；所述点积为第一法向量和第二旋转法向量的点积；所述第二旋转法向量为采用所述旋转矩阵对第二法向量进行旋转得到的；所述第一法向量为所述外围网格单元在所述破口产生前的板状结构网格模型中的法向量；所述第二法向量为所述外围网格单元在所述破口产生后的板状结构网格模型中的法向量。

破口单元集合更新模块，用于将满足设定条件的所有主边界节点点集的所有外围网格单元加入当前迭代次数下的破口单元集合中得到下一迭代次数下的破口单元集合，根据所述下一迭代次数下的破口单元集合确定下一迭代次数下的各破口的主边界节点点集，并进入下次迭代，直到当前迭代次数下没有满足所述设定条件的外围网格单元，则确定当前迭代次数下的所述破口单元集合为最终的破口单元集合；所述设定条件为所述外围网格单元的点积小于0，且所述外围网格单元和目标主边界节点点集对应的破口的边界共享边的数量大于1；所述目标主边界节点点集为与所述外围网格单元对应的主边界节点点集。

最终主边界节点点集确定模块，用于对于所述最终的破口单元集合中的任意一个破口，确定所述破口的主边界节点点集。

作为一种可选的实施方式，所述破口单元集合更新模块，具体包括：

破口单元集合更新单元，用于将满足设定条件的所有主边界节点点集的所有外围网格单元加入当前迭代次数下的破口单元集合中得到更新后的破口单元集合。

碎片清除单元，用于对所述更新后的破口单元集合内的各破口分别进行碎片清除后得到清除后的破口单元集合。

新破口单元集合确定单元，用于根据所述清除后的破口单元集合中各破口的连通情况确定下一迭代次数下的破口单元集合。

作为一种可选的实施方式，所述第一主边界节点点集确定模块，具体包括：

破口边界确定单元，用于遍历所述破口中所有网格单元的边，对于任意一个边，若所述边出现一次则所述边属于所述破口的边界。

边界集合确定单元，用于确定所述破口的所有边界组成的所有环为边界集合。

主边界和碎片边界确定单元，用于确定所述边界集合中最长的环为所述破口的主边界，其余环为碎片边界。

删除后的破口单元集合确定单元，用于在所述破口产生后的板状结构网格模型中删除所述碎片边界围成的区域内的所有网格单元得到删除后的破口单元集合。

删除后的边界集合确定单元，用于将所述边界集合中的其余环删除得到所述破口删除后的边界集合。

主边界节点点集确定单元，用于将所述破口删除后的边界集合中各边界的点确定为主边界节点点集。

作为一种可选的实施方式，所述第二协方差矩阵计算模块，具体包括：

第一矩阵的均值向量计算单元，用于根据所述第一矩阵计算所述第一矩阵的均值向量。

第二矩阵的均值向量计算单元，用于根据所述第二矩阵计算所述第二矩阵的均值向量。

协方差矩阵计算单元，用于根据所述第一矩阵、所述第二矩阵、所述第一矩阵的均值向量和所述第二矩阵的均值向量得到所述第一矩阵和所述第二矩阵的协方差矩阵。

本发明有以下技术效果：

该方法实现了较高精度的破口面积的快速定量计算，具有计算简便、性能稳定、易于编程实现的优点，处理过程不需人工介入，适用于大型目标毁伤效果仿真评估。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种板状结构网格模型破口面积计算方法，其特征在于，包括：

获取船舰破口产生前的板状结构网格模型和破口产生后的板状结构网格模型；

将所述破口产生前的板状结构网格模型和破口产生后的板状结构网格模型进行对比，确定在破口产生前的板状结构网格模型中存在，但在破口产生后的板状结构网格模型中不存在的网格单元为破口单元集合；

根据所述破口单元集合中各网格单元之间的连通性确定所述破口单元集合中的所有破口；

确定各破口的主边界节点点集；所述一个破口的主边界节点点集为所述破口的所有边界中最长的边界上的点构成的集合；

对于任意一个主边界节点点集，确定所述主边界节点点集中各节点在所述破口产生后的板状结构网格模型中的坐标为破口矩阵；

计算所述破口矩阵的协方差矩阵；

对所述破口矩阵的协方差矩阵进行旋转变换得到变换后的矩阵；

根据所述变换后的矩阵利用高斯面积公式计算所述破口的面积；

确定所述破口单元集合中所有破口的面积之和为所述船舰中破口的总面积。

2.根据权利要求1所述的一种板状结构网格模型破口面积计算方法，其特征在于，在所述对于任意一个主边界节点点集，确定所述主边界节点点集中各节点在所述破口产生后的板状结构网格模型中的坐标为破口矩阵，之前还包括：

在当前迭代次数下，对于当前迭代次数下所述破口单元集合中任意一个破口的主边界节点点集，确定所述主边界节点点集在所述破口产生前的板状结构网格模型中的坐标构成第一矩阵；

确定所述主边界节点点集在所述破口产生后的板状结构网格模型中的坐标构成第二矩阵；

计算所述第一矩阵和所述第二矩阵的协方差矩阵；

对所述协方差矩阵进行奇异值分解得到左奇异矩阵、右奇异矩阵和对角矩阵；

根据所述左奇异矩阵和所述右奇异矩阵得到旋转矩阵；

计算所述主边界节点点集的所有外围网格单元的点积；所述点积为第一法向量和第二旋转法向量的点积；所述第二旋转法向量为采用所述旋转矩阵对第二法向量进行旋转得到的；所述第一法向量为所述外围网格单元在所述破口产生前的板状结构网格模型中的法向量；所述第二法向量为所述外围网格单元在所述破口产生后的板状结构网格模型中的法向量；

将满足设定条件的所有主边界节点点集的所有外围网格单元加入当前迭代次数下的破口单元集合中得到下一迭代次数下的破口单元集合，根据所述下一迭代次数下的破口单元集合确定下一迭代次数下的各破口的主边界节点点集，并进入下次迭代，直到当前迭代次数下没有满足所述设定条件的外围网格单元，则确定当前迭代次数下的所述破口单元集合为最终的破口单元集合；所述设定条件为所述外围网格单元的点积小于0，且所述外围网格单元和目标主边界节点点集对应的破口的边界共享边的数量大于1；所述目标主边界节点点集为与所述外围网格单元对应的主边界节点点集；

对于所述最终的破口单元集合中的任意一个破口，确定所述破口的主边界节点点集。

3.根据权利要求2所述的一种板状结构网格模型破口面积计算方法，其特征在于，所述将满足设定条件的所有主边界节点点集的所有外围网格单元加入当前迭代次数下的破口单元集合中得到下一迭代次数下的破口单元集合，具体包括：

将满足设定条件的所有主边界节点点集的所有外围网格单元加入当前迭代次数下的破口单元集合中得到更新后的破口单元集合；

对所述更新后的破口单元集合内的各破口分别进行碎片清除后得到清除后的破口单元集合；

根据所述清除后的破口单元集合中各破口的连通情况确定下一迭代次数下的破口单元集合。

4.根据权利要求1所述的一种板状结构网格模型破口面积计算方法，其特征在于，所述确定各破口的主边界节点点集，具体包括：

遍历所述破口中所有网格单元的边，对于任意一个边，若所述边出现一次则所述边属于所述破口的边界；

确定所述破口的所有边界组成的所有环为边界集合；

确定所述边界集合中最长的环为所述破口的主边界，其余环为碎片边界；

在所述破口产生后的板状结构网格模型中删除所述碎片边界围成的区域内的所有网格单元得到删除后的破口单元集合；

将所述边界集合中的其余环删除得到所述破口删除后的边界集合；

将所述破口删除后的边界集合中各边界的点确定为主边界节点点集。

5.根据权利要求2所述的一种板状结构网格模型破口面积计算方法，其特征在于，所述计算所述第一矩阵和所述第二矩阵的协方差矩阵，具体包括：

根据所述第一矩阵计算所述第一矩阵的均值向量；

根据所述第二矩阵计算所述第二矩阵的均值向量；

根据所述第一矩阵、所述第二矩阵、所述第一矩阵的均值向量和所述第二矩阵的均值向量得到所述第一矩阵和所述第二矩阵的协方差矩阵。

6.一种板状结构网格模型破口面积计算系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取船舰破口产生前的板状结构网格模型和破口产生后的板状结构网格模型；

对比模块，用于将所述破口产生前的板状结构网格模型和破口产生后的板状结构网格模型进行对比，确定在破口产生前的板状结构网格模型中存在，但在破口产生后的板状结构网格模型中不存在的网格单元为破口单元集合；

破口确定模块，用于根据所述破口单元集合中各网格单元之间的连通性确定所述破口单元集合中的所有破口；

第一主边界节点点集确定模块，用于确定各破口的主边界节点点集；所述一个破口的主边界节点点集为所述破口的所有边界中最长的边界上的点构成的集合；

破口矩阵计算模块，用于对于任意一个主边界节点点集，确定所述主边界节点点集中各节点在所述破口产生后的板状结构网格模型中的坐标为破口矩阵；

第一协方差矩阵计算模块，用于计算所述破口矩阵的协方差矩阵；

旋转变换模块，用于对所述破口矩阵的协方差矩阵进行旋转变换得到变换后的矩阵；

面积计算模块，用于根据所述变换后的矩阵利用高斯面积公式计算所述破口的面积；

总面积计算模块，用于确定所述破口单元集合中所有破口的面积之和为所述船舰中破口的总面积。

7.根据权利要求6所述的一种板状结构网格模型破口面积计算系统，其特征在于，还包括：

第一矩阵确定模块，用于在当前迭代次数下，对于当前迭代次数下所述破口单元集合中任意一个破口的主边界节点点集，确定所述主边界节点点集在所述破口产生前的板状结构网格模型中的坐标构成第一矩阵；

第二矩阵确定模块，用于确定所述主边界节点点集在所述破口产生后的板状结构网格模型中的坐标构成第二矩阵；

第二协方差矩阵计算模块，用于计算所述第一矩阵和所述第二矩阵的协方差矩阵；

奇异分解计算模块，用于对所述协方差矩阵进行奇异值分解得到左奇异矩阵、右奇异矩阵和对角矩阵；

旋转矩阵计算模块，用于根据所述左奇异矩阵和所述右奇异矩阵得到旋转矩阵；

点积计算模块，用于计算所述主边界节点点集的所有外围网格单元的点积；所述点积为第一法向量和第二旋转法向量的点积；所述第二旋转法向量为采用所述旋转矩阵对第二法向量进行旋转得到的；所述第一法向量为所述外围网格单元在所述破口产生前的板状结构网格模型中的法向量；所述第二法向量为所述外围网格单元在所述破口产生后的板状结构网格模型中的法向量；

破口单元集合更新模块，用于将满足设定条件的所有主边界节点点集的所有外围网格单元加入当前迭代次数下的破口单元集合中得到下一迭代次数下的破口单元集合，根据所述下一迭代次数下的破口单元集合确定下一迭代次数下的各破口的主边界节点点集，并进入下次迭代，直到当前迭代次数下没有满足所述设定条件的外围网格单元，则确定当前迭代次数下的所述破口单元集合为最终的破口单元集合；所述设定条件为所述外围网格单元的点积小于0，且所述外围网格单元和目标主边界节点点集对应的破口的边界共享边的数量大于1；所述目标主边界节点点集为与所述外围网格单元对应的主边界节点点集；

最终主边界节点点集确定模块，用于对于所述最终的破口单元集合中的任意一个破口，确定所述破口的主边界节点点集。

8.根据权利要求7所述的一种板状结构网格模型破口面积计算系统，其特征在于，所述破口单元集合更新模块，具体包括：

破口单元集合更新单元，用于将满足设定条件的所有主边界节点点集的所有外围网格单元加入当前迭代次数下的破口单元集合中得到更新后的破口单元集合；

碎片清除单元，用于对所述更新后的破口单元集合内的各破口分别进行碎片清除后得到清除后的破口单元集合；

新破口单元集合确定单元，用于根据所述清除后的破口单元集合中各破口的连通情况确定下一迭代次数下的破口单元集合。

9.根据权利要求6所述的一种板状结构网格模型破口面积计算系统，其特征在于，所述第一主边界节点点集确定模块，具体包括：

破口边界确定单元，用于遍历所述破口中所有网格单元的边，对于任意一个边，若所述边出现一次则所述边属于所述破口的边界；

边界集合确定单元，用于确定所述破口的所有边界组成的所有环为边界集合；

主边界和碎片边界确定单元，用于确定所述边界集合中最长的环为所述破口的主边界，其余环为碎片边界；

删除后的破口单元集合确定单元，用于在所述破口产生后的板状结构网格模型中删除所述碎片边界围成的区域内的所有网格单元得到删除后的破口单元集合；

删除后的边界集合确定单元，用于将所述边界集合中的其余环删除得到所述破口删除后的边界集合；

主边界节点点集确定单元，用于将所述破口删除后的边界集合中各边界的点确定为主边界节点点集。

10.根据权利要求7所述的一种板状结构网格模型破口面积计算系统，其特征在于，所述第二协方差矩阵计算模块，具体包括：

第一矩阵的均值向量计算单元，用于根据所述第一矩阵计算所述第一矩阵的均值向量；

第二矩阵的均值向量计算单元，用于根据所述第二矩阵计算所述第二矩阵的均值向量；

协方差矩阵计算单元，用于根据所述第一矩阵、所述第二矩阵、所述第一矩阵的均值向量和所述第二矩阵的均值向量得到所述第一矩阵和所述第二矩阵的协方差矩阵。

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