CN116228993A - 一种网格边构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了的一种网格边构建方法,应用于飞行器的流体力学分析中流体结构的网格边构建,包括:根据流体结构的已知网格边上的各个已知网格点的坐标值和对应的已知分布位置,确定待构建网格边上各个待构建网格点的坐标值和对应的分布位置之间满足的关系函数;根据待构建网格边的设定网格点数量和设定两端网格尺寸,利用网格点分布函数确定每个待构建网格点和对应的分布位置;根据各个分布位置和关系函数,确定对应的各个待构建网格点的坐标值进而形成待构建网格边,以便构建流体结构的网格模型并对流体结构进行流体力学分析。本申请可完成流体结构待构建网格边的自动化生成,提高流体结构网格模型的生成效率和计算流体力学等分析效率。
Description
技术领域
本发明涉及网格模型技术领域,特别是涉及一种网格边构建方法。
背景技术
计算流体力学是一种高效、高分辨率的数值分析工具,被广泛应用于航空、航天飞行器的布局设计、故障诊断和性能评估,成为推动飞行器等领域创新和发展的重要技术之一。计算流体力学的分析软件中多使用网格化对物理系统进行离散,通过求解离散后的控制方程获取物理场状态参数的时空分布,对物理系统网格化是影响计算流体力学模拟效率和结果的关键因素。
但目前计算流体力学网格生成由于十分依赖使用者的经验而非常耗时,占用整个计算流体力学数值模拟分析周期的70%以上甚至更多,已经成为制约计算流体力学分析效率的重要技术瓶颈。因此,如何提高网格生成效率成为近几年网格生成领域的研究热点。
计算流体力学网格按照拓扑类型分为结构化网格和非结构化网格,相比非结构化网格,结构化网格具有更好的收敛特性、更高的流场分辨率、更成熟的数值方法,仍然是气动布局优化、运输机减阻设计、高超声速流动模拟等领域喜爱的网格类型。目前结构化网格已有了多种不同类型的结构化网格生成算法,大大降低了结构化网格生成的难度,如ICEMCFD、PointWise、GridPro等,对早期航空航天飞行器的发展中发挥了奠基性的作用。尽管如此,结构化网格生成仍然是一个十分耗时的过程,复杂外形结构化拓扑构建和网格分布设定是结构化网格生成当前面临的最大挑战,也是制约结构化网格高效率生成的关键瓶颈。
发明内容
本发明的目的是提供一种网格边构建方法,能够在一定程度上提升网格边生成效率,进而提升结构化网格的生成效率。
为解决上述技术问题,本发明提供一种网格边构建方法,应用于飞行器的流体力学分析中流体结构的网格边构建,包括:
根据流体结构的已知网格边上的各个已知网格点的坐标值以及每个所述已知网格点对应的已知分布位置,确定所述流体结构的待构建网格边上各个待构建网格点的坐标值和对应的分布位置之间满足的关系函数;其中,所述已知分布位置为对应的所述已知网格点与所述已知网格边的已知网格起点之间的网格曲线长度和所述已知网格边的网格曲线总长度之间的比值;
根据所述待构建网格边的设定网格点数量和设定两端网格尺寸,利用网格点分布函数确定每个所述待构建网格点对应的所述分布位置;
根据各个所述分布位置和所述关系函数,确定对应的各个所述待构建网格点的坐标值,并根据各个所述待构建网格点形成所述待构建网格边,以便根据所述待构建网格边构建所述流体结构的网格模型并对所述流体结构进行流体力学分析。
可选地,确定所述流体结构的待构建网格边上各个待构建网格点的坐标值和对应的分布位置之间满足的关系函数,包括:
对所述待构建网格边的起点端点和终点端点之间的距离与所述已知网格边上已知网格起点和已知网格终点之间的距离进行比值运算,获得所述待构建网格边和所述已知网格边之间的尺度比例;
根据所述尺度比例、预先设定的比例复制系数、以及预先确定的所述已知网格边上各个所述已知网格点和所述待构建网格边上对应的网格控制点之间满足的关联关系式,确定所述待构建网格边上表征所述待构建网格边的曲线形态的各个所述网格控制点的坐标值;其中,为第个所述网格控制点的坐标值;为所述起点端点的坐标值;为所述起点端点指向所述终点端点的矢量;为第个所述已知网格点的坐标值;为所述已知网格起点的坐标值;为所述已知网格起点指向所述已知网格终点的矢量;为第个所述已知网格点对应的分布位置;为所述尺度比例;为所述比例复制系数;
根据所述网格控制点的坐标值,确定每个所述网格控制点对应的控制点分布位置,并根据每个所述网格控制点对应的控制点分布位置确定所述关系函数。
可选地,确定所述已知网格点和对应的所述网格控制点之间满足的关联关系式的过程包括:
根据在所述已知网格起点和所述已知网格终点所在直线上的等比例点的坐标值,确定各个所述等比例点指向对应的所述已知网格点的已知偏离矢量所满足的第一关系式;其中,第个所述已知网格点对应的所述等比例点和所述已知网格起点之间的距离,与所述已知网格起点和所述已知网格终点之间距离的比值,等于第个所述已知网格点对应的分布位置;为第个所述已知网格点对应的已知偏离矢量;为第个所述已知网格点对应的分布位置;
根据在所述起点端点和所述终点端点所在直线上的构建比例点的坐标值,确定所述待构建网格边上的各个网格控制点指向对应的构建比例点的构建偏离矢量所满足的第二关系式;其中,第个所述网格控制点对应的所述构建比例点和所述起点端点之间的距离与所述起点端点和所述终点端点之间距离的比值等于第个所述已知网格点对应的分布位置;为第个所述网格控制点对应的所述构建偏离矢量;
可选地,根据所述网格控制点的坐标值,确定每个所述网格控制点对应的控制点分布位置,并根据每个所述网格控制点对应的控制点分布位置确定所述关系函数,包括:
根据所述网格控制点的坐标值,对各个相邻的所述网格控制点之间的距离进行求和运算获得所述待构建网格边的待构建网格曲线总长度;
对每个所述网格控制点和所述起点端点之间各个相邻的网格控制点之间的距离进行求和运算,获得每个所述网格控制点分别和所述起点端点之间的待构建曲线长度;
将每个所述网格控制点对应的待构建曲线长度分别和所述待构建网格曲线总长度进行比值运算,获得每个所述网格控制点对应的控制点分布位置;
根据各个所述网格控制点的坐标值和对应的所述控制点分布位置,确定出所述待构建网格边上各个所述网格控制点所满足的插值函数中的系数,以确定出所述系数之后的所述插值函数作为所述关系函数;其中,为表示所述待构建网格边上第个待构建网格点的坐标值的函数,为第个待构建网格点对应的分布位置,为第个所述网格控制点对应的控制点分布位置,为所述系数,为基函数。
可选地,确定各个所述待构建网格点的坐标值之后,还包括:
根据各个所述待构建网格点的坐标值,确定所述待构建网格边对应的网格模型;
将所述网格模型和实际结构模型进行对比,获得对比相似度;
若所述对比相似度小于预设相似度,则对所述比例复制系数、所述设定网格点数量和所述设定两端网格尺寸进行优化更新,获得更新后的比例复制系数、设定网格点数量和设定两端网格尺寸;
以更新后的所述比例复制系数、所述设定网格点数量和所述设定两端网格尺寸重新执行根据已知网格边上的各个已知网格点的坐标值以及每个所述已知网格点对应的已知分布位置,确定待构建网格边上各个待构建网格点的坐标值和对应的分布位置之间满足的关系函数的步骤,直到获得的所述网格模型和实际结构模型之间的对比相似度不小于所述预设相似度。
可选地,根据所述待构建网格边的设定网格点数量和设定两端网格尺寸,利用网格点分布函数确定每个所述待构建网格点和对应的所述分布位置,包括:
利用双曲网格点分布函数确定各个所述分布位置。
本发明所提供的网格边构建方法,应用于飞行器的流体力学分析中流体结构的网格边构建,包括:根据流体结构的已知网格边上的各个已知网格点的坐标值以及每个已知网格点对应的已知分布位置,确定流体结构的待构建网格边上各个待构建网格点的坐标值和对应的分布位置之间满足的关系函数;其中,已知分布位置为对应的已知网格点与已知网格边的已知网格起点之间的网格曲线长度和已知网格边的网格曲线总长度之间的比值;根据待构建网格边的设定网格点数量和设定两端网格尺寸,利用网格点分布函数确定每个待构建网格点对应的分布位置;根据各个分布位置和关系函数中,确定对应的各个待构建网格点的坐标值,并根据各个待构建网格点形成待构建网格边,以便根据待构建网格边构建流体结构的网格模型并对流体结构进行流体力学分析。
本申请中在对流体结构进行网格模型构建的过程中,利用流体结构已知网格边上各个已知网格点和对应的已知分布位置,推导出待构建网格边上各个待构建网格点和对应分布位置之间满足的关系函数,在此基础上,再利用网格点分布函数确定出每个待构建点对应的分布位置,由此即可基于该关系函数和分布位置实现待构建网格边上各个待构建网格点的坐标值的自动化生成,整个过程中只需要预先确定好各个已知网格点的坐标、已知分布位置以及设定网格点数量和设定两端网格尺寸等参数,即可完成流体结构的待构建网格边的自动化生成,为后续对结构化网格生成提供便利,大大缩短了流体结构网格模型的生成效率,有利于计算流体力学分析效率的提升。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍,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的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的网格边生成方法的流程示意图;
图2为本申请实施例提供的已知网格边和待构建网格边的示意图;
图3为本申请实施例提供的已知网格边上的已知网格点满足的几何关系示意图;
图4为本申请实施例提供的待构建网格边上的控制网格点满足的几何关系示意图;
图5为本申请实施例提供的第一种比例系数下对应的待构建网格边和已知网格边的形态结构示意图;
图6为本申请实施例提供的第二种比例系数下对应的待构建网格边和已知网格边的形态结构示意图;
图7为本申请实施例提供的第三种比例系数下对应的待构建网格边和已知网格边的形态结构示意图。
具体实施方式
计算流体力学结构化网格由点、边、块等要素组成,网格生成就是实现网格点、边和块的构建。作为结构化网格的重要组成,网格边的高质量自动构建是实现结构化网格自动生成的关键技术之一。对于复杂构型,网格边需要与几何型面保持协调以提高结构化网格单元的正交性和质量,因此网格边是高度三维化的空间曲线,其生成需要一定的技能和技术,也是结构化网格生成中最为耗时的过程。
目前,网格软件仍然是通过人工绘制的方式来获取网格边,极大地限制了结构化网格生成的效率。为此,本申请提出了一种网格边自动化生成的技术方案,利用几何协调约束关系,通过对已有网格边的形状和分布进行参数化,获得新的网格边,实现网格边的自动化构建,极大提高网格边的生成效率。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。
如图1所示,图1为本申请实施例提供的网格边生成方法的流程示意图。本申请中网格边生成方法应用于飞行器的流体力学分析中流体结构的网格边构建,该网格边生成方法包括:
S10:根据流体结构的已知网格边上的各个已知网格点的坐标值以及每个已知网格点对应的已知分布位置,确定流体结构的待构建网格边上各个待构建网格点的坐标值和对应的分布位置之间满足的关系函数。
其中,已知分布位置为对应的已知网格点与已知网格边的已知网格起点之间的网格曲线长度和已知网格边的网格曲线总长度之间的比值。
本实施例中所指的已知网格边可以是需要进行网格化的结构上坐标位置比较容易确定的某条网格边,而待构建网格边则是结构上坐标未知的需要确定的网格边。对于流体结构而言,其需要生成的网格边一般是曲线网格边,这也就在一定程度上增大了网格边的生成难度。
但可以理解的是,对于同一结构上不同位置的网格边之间存在一定的几何约束条件。为此,本实施例中以此为依据,基于已知网格边上的已知网格点和对应的已知分布位置推导确定出待构建网格边上的待构建网格点和对应的分布位置之间满足的关系函数。
此外,在本实施例中已知分布位置为对应的已知网格点与已知网格边的已知网格起点之间的网格曲线长度和已知网格边的网格曲线总长度之间的比值。
可以理解的是,对于待构建网格点对应的分布位置和上述已知网格点对应的已知分布位置的定义相同,即是指对应的待构建网格点与待构建网格边的起点端点之间的网格曲线长度和待构建网格边的网格曲线总长度之间的比值。
在确定每个已知网格点对应的已知分布位置时,可以利用以下公式进行运算:
可以理解的是,上述公式中为第个已知网格点的坐标值;且本实施例中,是以已知网格边的已知网格起点作为第一个已知网格点,即=1时对应的已知网格点为已知网格起点;由此可以确定的是,在利用上述公式进行已知分布位置的运算时应当取大于等于2的正整数,即当=1时,已知分布位置为0;此外,即为第个已知网格点和第个已知网格点之间的距离;为第个已知网格点对应的网格曲线长度;而则为已知网格边的网格曲线总长度;为第个已知网格点对应的分布位置。
显然,在待构建网格边上各个待构建网格点的坐标值和对应的肺部位置之间也是满足上述关系式的;但本实施例中所指的待构建网格边上各个待构建网格点的坐标值和对应的分布位置之间满足的关系函数并不是上述求解分布位置所确定出来的函数。
在上述求解分布位置的公式中,并不涉及待构建网格边所在曲线的形态的信息;也即是说在已知分布位置的基础上并无法反推出各个待构建位置点的坐标值;因此,本实施例中所指的关系函数,是包含有对待构建网格边所在曲线的形态存在限制的函数,而这一限制是基于已知网格边所在曲线形态以及已知网格边和待构建网格边之间的关联关系所确定的。
此外,本申请中之所以采用网格点和对应的分布位置之间的关系作为后续确定各个待构建网格点的坐标值的参数,是考虑到待构建网格边所在曲线可以视为已知网格边所在曲线伸缩变形获得,而这一伸缩变形能够较为直观的体现在分布位置上,由此,根据已知网格边上的已知网格点和对应的已知分布位置推导确定出待构建网格边上的待构建网格点的坐标值和对应的分布位置之间满足的关系函数,并以该关系函数作为后续推导确定各个待构建网格点的坐标值的依据,有利于保证生成确定的各个待构建网格点的坐标值的可靠性。
S20:根据待构建网格边的设定网格点数量和设定两端网格尺寸,利用网格点分布函数确定每个待构建网格点对应的分布位置。
本实施例中所涉及的网格点分布函数可以有多种,例如,可以利用双曲网格点分布函数确定各个分布位置;也可以采用其他网格点分布函数,只要基于设定网格点数量和设定两端网格尺寸可以确定出各个待构建网格点对应的分布位置即可,对此本申请中不做具体限制。
可以理解的是,本实施例中的设定网格点数量是指待构建网格点上所包含的待构建网格点的数量;而设定两端网格尺寸则是待构建网格点的起点端点和终点端点处分别和相邻的待构建网格点之间的距离尺寸。
该设定网格点数量和设定两端网格尺寸均可以是预先人为设定,在实际应用中,可以是工作人员依据经验设定,或者是利用统计学原理基于以往历史数据选择一组合理的参数,对此本申请中不做限制。
S30:根据各个分布位置和关系函数中,确定对应的各个待构建网格点的坐标值,并根据各个待构建网格点形成待构建网格边,以便根据待构建网格边构建流体结构的网格模型并对流体结构进行流体力学分析。
可选地,对于上述步骤S10中确定待构建网格边上各个待构建网格点的坐标值和对应的分布位置之间满足的关系函数的过程可以包括:
S11:对待构建网格边的起点端点和终点端点之间的距离与已知网格边上已知网格起点和已知网格终点之间的距离进行比值运算,获得待构建网格边和已知网格边之间的尺度比例。
S12:根据尺度比例、预先设定的比例复制系数、以及预先确定的已知网格边上各个已知网格点和待构建网格边上对应的网格控制点之间满足的关联关系式,确定待构建网格边上表征待构建网格边的曲线形态的各个网格控制点的坐标值;其中,为第个网格控制点的坐标值;为起点端点的坐标值;为起点端点指向终点端点的矢量;为第个已知网格点的坐标值;为已知网格起点的坐标值;为已知网格起点指向已知网格终点的矢量;为第个已知网格点对应的分布位置;为尺度比例;为比例复制系数。
S13:根据网格控制点的坐标值,确定每个网格控制点对应的控制点分布位置,并根据每个网格控制点对应的控制点分布位置确定关系函数。
进一步地,对于上述S12步骤中,确定关联关系式的过程可以进一步地包括:
S121:根据在已知网格起点和已知网格终点所在直线上的等比例点的坐标值,确定各个已知网格点指向对应的等比例点的已知偏离矢量所满足的第一关系式;其中,第个已知网格点对应的等比例点和已知网格起点之间的距离与已知网格起点和已知网格终点之间距离的比值等于第个已知网格点对应的分布位置;为第个已知网格点对应的已知偏离矢量;为第个已知网格点对应的分布位置。
可以理解的是,在已知网格点、已知网格起点和已知网格终点的的坐标值均确定的情况下,已知网格点对应的已知分布位置即可确定;由此已知网格点在已知网格点和已知网格终点上对应的等比例点的坐标值即可很容易的确定,具体运算过程不详细赘述。
S122:根据在起点端点和终点端点所在直线上的构建比例点的坐标值,确定待构建网格边上的各个网格控制点指向对应的构建比例点的构建偏离矢量满足的第二关系式;其中,第个网格控制点对应的构建比例点和起点端点之间的距离与起点端点和终点端点之间距离的比值等于第个已知网格点对应的分布位置;为第个网格控制点对应的构建偏离矢量。
和上述确定等比例点的方式类似,因为待构建网格边的起点端点和终点端点的坐标值均为已知坐标值;而构建比例点在该起点端点和终点端点所在直线上,且构建比例点和起点端点之间的距离占起点端点和终点端点之间总长度的比值已知(即等于已知分布位置)的条件下,构建比例点的坐标值也比较容易确定,具体运算过程不详细赘述。
综上所述,本申请中利用流体结构上已知网格边上各个已知网格点和对应的已知分布位置,推导出待构建网格边上各个待构建网格点和对应分布位置之间满足的关系函数,在此基础上,再利用网格点分布函数确定出每个待构建点对应的分布位置,由此即可基于该关系函数和分布位置实现待构建网格边上各个待构建网格点的坐标值的自动化生成,整个过程中只需要预先确定好各个已知网格点的坐标、已知分布位置以及设定网格点数量和设定两端网格尺寸等参数,即可完成待构建网格边的自动化生成,为后续对流体结构的网格模型生成提供便利,大大缩短了结构化网格的生成效率,有利于计算流体力学分析效率的提升。
基于上述实施例,为了进一步对本申请进行详细说明。参照图2,在本申请的另一可选地实施例中,以已知网格边为翼型前缘网格边为例进行说明。
在进行网格边构建过程中可以包括:
步骤1:基于流体结构上已知网格边上各个已知网格点的坐标值,确定出各个已知网格点对应的已知分布位置。
步骤2:计算已知网格边上的已知网格起点和已知网格终点之间的线化位移矢量。
步骤3:计算待构建网格边的起点端点与终点端点之间的线化位移矢量。
参照图2,在图2中以曲线A’B’表示待构建网格边,其中起点端点为A’,终点端点为B’。且起点端点A’的坐标值为,终点端点B’的坐标值为。和上述步骤2类似,待构建网格边A’B’对应的线化位移矢量即可表示为,且:
需要说明的是,在实际应用中待构建网格边上的起点端点和终点端点的应当为两个已知的位置点,即起点端点为A’和终点端点为B’的坐标值已知。
步骤4:计算待构建网格边A’B’与已知网格边AB之间的尺度比例。
已知网格边AB的线化位移矢量的模即为起点A和已知网格终点B之间的距离d1;同理,待构建网格边A’B’的线化位移矢量的模即为起点端点A’和终点端点B’之间的距离d2。由此,待构建网格边A’B’与已知网格边AB之间的尺度比例即为:
步骤5:确定待构建网格边上表征待构建网格边所在曲线的曲线形状的网格控制点的坐标值。
以图2中的已知网格点C为例,在直线AB上取已知网格点C的等比例点D,该等比例点D的坐标值为;其中,该等比例点D满足:直线段AD的长度和直线段AB的长度之间的比值,等于曲线段AC和曲线段AB的比值,也即该比值等于已知网格点C的已知分布位置;以等比例点D指向已知网格点C的矢量作为表征已知网格点C偏离直线AB的已知偏离矢量,以表示,则:
在此基础上,对于待构建网格边A’B’可以视为对已知网格边AB进行复制放大之后所形成的网格边,且已知网格边AB上的各个已知网格点即对应形成待构建网格边A’B’上的各个网格控制点;设定已知网格点C对应于待构建网格边A’B’上的网格控制点C’,且等比例点D对应于直线A’B’上的构建比例点D’。
需要说明的是,因为直线AB和直线A’B’均为直线,在将直线A’B’视为直线AB进行复制放大后的直线;显然,起点端点A’和构建比例点D’之间的直线长度占起点端点A’和终点端点B’之间的直线长度的比值仍然等于已知网格点C对应的已知分布位置。但对于待构建网格边A’B’上的网格控制点C’而言,因为在复制放大的过程中属于曲线形变,因此曲线A’C’的曲线长度和曲线A’B’的曲线长度的比值并不等于,即构建比例点D’并非网格控制点C’的等比例点。
其中,为待构建网格边和已知网格边之间的尺度比例;而比例系数用于控制已知网格边形状复制过程中的放大程度,越大,放大越大。如图5、图6、图7所示,分别为比例系数=0.375、=0.75以及=1.50对应的待构建网格边和已知网格边的形态示意图,可以理解的是,在图5至图7中,左边的网格边均为待构建网格边,右边的网格边则为已知网格边。该比例系数的设定可以是工作人员基于和需要构建模型的结构面形和经验设定的参数系数。
显然,在已知网格边上各个已知网格点的坐标值以及待构建网格边的起点端点和终点端点的坐标值已知的情况下,即可确定出每个已知网格点对应到待构建网格边上的一个网格控制点的坐标值。
因为该网格控制点也同样是待构建网格边上的点,因此各个网格控制点即可表征待构建网格边所在曲线的形态。
需要说明的是,待构建网格边上的网格控制点并不完全等同于待构建网格边上的待构建网格点;网格控制点可以视为将已知网格边进行复制放大后形成的待构建网格点上,已知网格点随已知网格边放大复制后对应的各个位置点;对于待构建网格边而言,已知网格边是生成待构建网格边的基本形态的依据,而已知网格点随已知网格边放大复制后形成的网格控制点属于该待构建网格边上的位置点,也就可以表征该待构建网格边的形态;至于待构建网格边上各个待构建网格点的位置,可能和网格控制点存在部分重合也可能完全不重合,需要在基于网格控制点确定出待构建网格点的基本形态后,重新确定在待构建网格边上各个待构建网格点的位置。
步骤6:计算各个待构建网格边上各个网格控制点对应的控制点分布位置。
和上述确定各个已知网格点对应的已知分布位置的方式近似,也同样可以根据网格控制点的坐标值,对各个相邻的网格控制点之间的距离进行求和运算获得待构建网格边的待构建网格曲线总长度;
对每个网格控制点和起点端点之间各个相邻的网格控制点之间的距离进行求和运算,获得每个网格控制点分别和起点端点之间的待构建曲线长度;
将每个网格控制点对应的待构建曲线长度分别和待构建网格曲线总长度进行比值运算,获得每个网格控制点对应的控制点分布位置。
步骤7:生成待构建网格边的几何参数化模型。
本实施例中的几何参数模型即为待构建网格边上各个待构建网格点和对应的分布位置之间满足的关系函数。
首先可以设定该关系函数的函数形式,以该关系函数为插值函数为例,可以设定创建该插值函数为;其中,为表示待构建网格边上第个待构建网格点的坐标值的函数,为第个网格控制点对应的控制点分布位置,为第个待构建网格点对应的分布位置;为待确定的系数,为基函数。
;其中,,同理,对于不同x,y,z不同坐标轴上的分量分别可以确定一组系数;此外,在确定系数过程中,因为待构建网格点的坐标值是未知的,对应的分布位置也是未知的;因此在实际求解系数时,可以选取某个网格控制点作为待构建网格点,并将该网格控制点的坐标代入上述公式中,对各个系数进行计算求解。
步骤8:生成待构建网格边的各个待构建网格点的分布位置。
步骤9:生成待构建网格边的各个待构建网格点的坐标值。
如前所述,在上述实施例中,对于比例复制系数、设定网格点数量和设定两端网格尺寸等参数均可以是预先进行人为设定的。但在实际应用中,也可能存在参数设定不合理的问题。
为此,在本申请的另一可选地实施例中,在确定出待构建网格边上各个待构建网格点的坐标值之后,还可以进一步地包括:
根据各个待构建网格点的坐标值,确定待构建网格边对应网格模型;
将网格模型和实际结构模型进行对比,获得对比相似度;
若对比相似度小于预设相似度,则对比例复制系数、设定网格点数量和设定两端网格尺寸进行优化更新,获得更新后的比例复制系数、设定网格点数量和设定两端网格尺寸;
以更新后的比例复制系数、设定网格点数量和设定两端网格尺寸重新执行根据已知网格边上的各个已知网格点的坐标值以及每个已知网格点对应的已知分布位置,确定待构建网格边上各个待构建网格点的坐标值和对应的分布位置之间满足的关系函数的步骤,直到获得的网格模型和实际结构模型之间的对比相似度不小于预设相似度。
需要说明的是,本实施例中在将网格模型和实际结构模型进行对比时,可以选取实际结构模型上若干个较为容易测量的特定网格点,获得对应的坐标值,并在网格模型中确定和每个特定网格点距离最近的构建网格点,并计算各个特定网格点和对应的构建网格点之间的距离差,若各个距离差的方差过大,则可以认为该网格模型构建偏差较大,此时可以对比例复制系数、设定网格点数量和设定两端网格尺寸等参数进行优化调整,并利用更新后的参数重新执行上述S10至S30的步骤,由此保证比例复制系数、设定网格点数量和设定两端网格尺寸等参数的准确性。
本申请还提供了一种流体力学的分析方法的实施例,该一种流体力学的分析方法包括:
获取待分析的流体结构的已知网格边上各个已知网格点的坐标值;
根据已知网格边上各个已知网格点的坐标,按照如上任一项的网格边构建方法,构建获得流体结构的待构建网格边;
根据待构建网格边和已知网格边,生成流体结构的网格结构模型;
根据网格结构模型对流体结构进行力学分析,以确定流体结构的力学特性数据。
需要说明的是,本实施例中所指的流体结构可以是飞行器或者是车辆外表面流动的气流,也可以是水下或液体中运动设备表面相接触的流体结构等等,通过对流体结构的力学分析,可以确定在流体中运动的设备或物体和流体之间的相互作用力,进而更好的控制设备和物体在流体中的运动状态。
此外,可以理解的是,本实施例中在对流体结构进行力学分析之前,对流体结构进行网格化生成网格模型的过程中,可以先构建生成该流体结构的网格边;而生成构建该流体结构的网格边的方式可以完全按照上述实施例所提供的网格边构建方法的步骤来实现,对此本申请中不再详细赘述。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、 “包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外,本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明,以免过多赘述。
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。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种网格边构建方法,其特征在于,应用于飞行器的流体力学分析中流体结构的网格边构建,包括:
根据流体结构的已知网格边上的各个已知网格点的坐标值以及每个所述已知网格点对应的已知分布位置,确定所述流体结构的待构建网格边上各个待构建网格点的坐标值和对应的分布位置之间满足的关系函数;其中,所述已知分布位置为对应的所述已知网格点与所述已知网格边的已知网格起点之间的网格曲线长度和所述已知网格边的网格曲线总长度之间的比值;
根据所述待构建网格边的设定网格点数量和设定两端网格尺寸,利用网格点分布函数确定每个所述待构建网格点对应的所述分布位置;
根据各个所述分布位置和所述关系函数,确定对应的各个所述待构建网格点的坐标值,并根据各个所述待构建网格点形成所述待构建网格边,以便根据所述待构建网格边构建所述流体结构的网格模型并对所述流体结构进行流体力学分析。
2.如权利要求1所述的网格边构建方法,其特征在于,确定流体结构的待构建网格边上各个待构建网格点的坐标值和对应的分布位置之间满足的关系函数,包括:
对所述待构建网格边的起点端点和终点端点之间的距离与所述已知网格边上所述已知网格起点和已知网格终点之间的距离进行比值运算,获得所述待构建网格边和所述已知网格边之间的尺度比例;
根据所述尺度比例、预先设定的比例复制系数、以及预先确定的所述已知网格边上各个所述已知网格点和所述待构建网格边上对应的网格控制点之间满足的关联关系式,确定所述待构建网格边上表征所述待构建网格边的曲线形态的各个所述网格控制点的坐标值;其中,为第个所述网格控制点的坐标值;为所述起点端点的坐标值;为所述起点端点指向所述终点端点的矢量;为第个所述已知网格点的坐标值;为所述已知网格起点的坐标值;为所述已知网格起点指向所述已知网格终点的矢量;为第个所述已知网格点对应的分布位置;为所述尺度比例;为所述比例复制系数;
根据所述网格控制点的坐标值,确定每个所述网格控制点对应的控制点分布位置,并根据每个所述网格控制点对应的控制点分布位置确定所述关系函数。
3.如权利要求2所述的网格边构建方法,其特征在于,确定所述已知网格点和对应的所述网格控制点之间满足的所述关联关系式的过程包括:
根据在所述已知网格起点和所述已知网格终点所在直线上的等比例点的坐标值,确定各个所述等比例点指向对应的所述已知网格点的已知偏离矢量所满足的第一关系式;其中,第个所述已知网格点对应的所述等比例点和所述已知网格起点之间的距离,与所述已知网格起点和所述已知网格终点之间距离的比值,等于第个所述已知网格点对应的分布位置;为第个所述已知网格点对应的已知偏离矢量;为第个所述已知网格点对应的分布位置;
根据在所述起点端点和所述终点端点所在直线上的构建比例点的坐标值,确定所述待构建网格边上的各个网格控制点指向对应的构建比例点的构建偏离矢量所满足的第二关系式;其中,第个所述网格控制点对应的所述构建比例点和所述起点端点之间的距离与所述起点端点和所述终点端点之间距离的比值等于第个所述已知网格点对应的分布位置;为第个所述网格控制点对应的所述构建偏离矢量;
4.如权利要求2所述的网格边构建方法,其特征在于,根据所述网格控制点的坐标值,确定每个所述网格控制点对应的控制点分布位置,并根据每个所述网格控制点对应的控制点分布位置确定所述关系函数,包括:
根据所述网格控制点的坐标值,对各个相邻的所述网格控制点之间的距离进行求和运算,获得所述待构建网格边的待构建网格曲线总长度;
对每个所述网格控制点和所述起点端点之间各个相邻的网格控制点之间的距离进行求和运算,获得每个所述网格控制点分别和所述起点端点之间的待构建曲线长度;
将每个所述网格控制点对应的待构建曲线长度分别和所述待构建网格曲线总长度进行比值运算,获得每个所述网格控制点对应的控制点分布位置;
5.如权利要求2至4任一项所述的网格边构建方法,其特征在于,确定各个所述待构建网格点的坐标值之后,还包括:
根据各个所述待构建网格点的坐标值,确定所述待构建网格边对应的网格模型;
将所述网格模型和实际结构模型进行对比,获得对比相似度;
若所述对比相似度小于预设相似度,则对所述比例复制系数、所述设定网格点数量和所述设定两端网格尺寸进行优化更新,获得更新后的比例复制系数、设定网格点数量和设定两端网格尺寸;
以更新后的所述比例复制系数、所述设定网格点数量和所述设定两端网格尺寸重新执行根据已知网格边上的各个已知网格点的坐标值以及每个所述已知网格点对应的已知分布位置,确定待构建网格边上各个待构建网格点的坐标值和对应的分布位置之间满足的关系函数的步骤,直到获得的所述网格模型和实际结构模型之间的对比相似度不小于所述预设相似度。
6.如权利要求5所述的网格边构建方法,其特征在于,根据所述待构建网格边的设定网格点数量和设定两端网格尺寸,利用网格点分布函数确定每个所述待构建网格点和对应的所述分布位置,包括:
利用双曲网格点分布函数确定各个所述分布位置。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117113525A (zh) * | 2023-07-24 | 2023-11-24 | 四川大学 | 基于多块拓扑及brf的旋转机械高阶曲网格生成方法 |
CN118015850A (zh) * | 2024-04-08 | 2024-05-10 | 云南省公路科学技术研究院 | 一种多目标车辆车速同步估算方法、系统、终端及介质 |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3315399B1 (ja) * | 2001-05-22 | 2002-08-19 | 正寿 青木 | 差分格子の生成方法とそのプログラム及び記録媒体 |
CN102609525A (zh) * | 2012-02-10 | 2012-07-25 | 北京大学 | 一种统一现有经纬度剖分网格的方法 |
CN103226540A (zh) * | 2013-05-21 | 2013-07-31 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 基于分组多流的gpu上多区结构网格cfd加速方法 |
US20150339851A1 (en) * | 2014-05-20 | 2015-11-26 | Rolls-Royce Plc | Finite element mesh customisation |
CN107122243A (zh) * | 2017-04-12 | 2017-09-01 | 杭州远算云计算有限公司 | 用于cfd仿真计算的异构集群系统及cfd计算方法 |
CN109726478A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-05-07 | 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 | 一种适用于非轴对称层流短舱设计的参数化方法 |
CN111832203A (zh) * | 2020-07-02 | 2020-10-27 | 西安交通大学 | 一种由零亏格网格曲面生成散热拓扑的图形学方法 |
CN113763565A (zh) * | 2021-09-14 | 2021-12-07 | 上海无线电设备研究所 | 一种基于结构化网格的目标粗糙表面生成方法 |
WO2022027916A1 (zh) * | 2020-08-04 | 2022-02-10 | 合肥本源量子计算科技有限责任公司 | 基于量子算法的计算流体动力学模拟方法、装置及设备 |
CN114818224A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-07-29 | 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 | 一种结构网格生成方法、装置、设备及存储介质 |
-
2023
- 2023-05-08 CN CN202310509409.5A patent/CN116228993B/zh active Active
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3315399B1 (ja) * | 2001-05-22 | 2002-08-19 | 正寿 青木 | 差分格子の生成方法とそのプログラム及び記録媒体 |
CN102609525A (zh) * | 2012-02-10 | 2012-07-25 | 北京大学 | 一种统一现有经纬度剖分网格的方法 |
CN103226540A (zh) * | 2013-05-21 | 2013-07-31 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 基于分组多流的gpu上多区结构网格cfd加速方法 |
US20150339851A1 (en) * | 2014-05-20 | 2015-11-26 | Rolls-Royce Plc | Finite element mesh customisation |
CN107122243A (zh) * | 2017-04-12 | 2017-09-01 | 杭州远算云计算有限公司 | 用于cfd仿真计算的异构集群系统及cfd计算方法 |
CN109726478A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-05-07 | 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 | 一种适用于非轴对称层流短舱设计的参数化方法 |
CN111832203A (zh) * | 2020-07-02 | 2020-10-27 | 西安交通大学 | 一种由零亏格网格曲面生成散热拓扑的图形学方法 |
WO2022027916A1 (zh) * | 2020-08-04 | 2022-02-10 | 合肥本源量子计算科技有限责任公司 | 基于量子算法的计算流体动力学模拟方法、装置及设备 |
CN113763565A (zh) * | 2021-09-14 | 2021-12-07 | 上海无线电设备研究所 | 一种基于结构化网格的目标粗糙表面生成方法 |
CN114818224A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-07-29 | 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 | 一种结构网格生成方法、装置、设备及存储介质 |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
SUN YAN等: "A compressing and saving method for structured grid data based on block construction", CHINESE JOURNAL OF AERONAUTICS, vol. 35, no. 6, pages 46 - 155 * |
周天孝,白文: "CFD多块网格生成新进展", 力学进展, no. 03, pages 344 - 368 * |
孙岩等: "界面离散网格点数据重规整化方法", 计算机辅助设计与图形学学报, vol. 34, no. 5, pages 804 - 810 * |
张丕付,姜乐华,谷正气: "平面网格生成中网格密度的控制方法及其应用", 湖南大学学报(自然科学版), no. 04, pages 45 - 49 * |
袁武;: "结构重叠网格方法在航天气动问题中的应用", 系统仿真学报, no. 05, pages 116 - 123 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117113525A (zh) * | 2023-07-24 | 2023-11-24 | 四川大学 | 基于多块拓扑及brf的旋转机械高阶曲网格生成方法 |
CN118015850A (zh) * | 2024-04-08 | 2024-05-10 | 云南省公路科学技术研究院 | 一种多目标车辆车速同步估算方法、系统、终端及介质 |
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