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原文传递一种船舶多约束的二维全四边形网格的生成算法

论文题名：	一种船舶多约束的二维全四边形网格的生成算法
关键词：	船舶设计;二维域;四边形网格;生成算法;软件设计
摘要：	在船舶设计中，对CAD与CAE系统之间接口的平台开发是很重要的一环。目前，普遍采用的设计流程是:首先，在AutoCAD与Patran并行设计的基础上，完成方案设计及详细设计;然后，根据前期的设计结果，通过船舶设计专业软件Tribon，重建3D模型进行生产设计。这种设计流程在船舶整体设计中起到非常重要的作用。但是，不同的系统创建的模型相互独立，这浪费了资源，也很难保证在产品生命周期中的数据的一致性。这一直是缩短产品设计周期，增强企业竞争力的瓶颈。　　在进行船舶结构的有限元分析时，首要的任务是建立目标结构有限元模型。目前船舶结构有限元模型的快速生成技术并不成熟，第一，在对船舶结构进行有限元建模时，由于船舶结构的复杂性，目前大多采用手工建模。即先在初步设计阶段完成船舶结构的二维图纸，然后从中量取各模型的位置坐标，输入到Ansys、Patran等有限元软件中，建立节点、单元，并为单元属性赋值。这种建模过程非常繁琐，效率低下且容易出错，大大影响船舶结构有限元分析的工作效率;第二，有限元建模技术的发展受制于网格划分技术，有限元分析的效率和计算精度很大程度上取决于网格划分的速度和质量。一方面，往往需要耗费大量时间，才能对一个复杂的几何区域进行正确的网格划分;另一方面，在船舶、航空等重要领域，生成网格的形式必须与所分析问题的性质相适应。并且，基于安全和计算精度上的考虑，要求二维域中网格单元形状为四边形。但是，四边形网格生成算法比三角形网格复杂，技术层面上亦不如三角形网格生成技术成熟，这也给四边形网格划分技术的发展增加了难度;第三，通过交互界面或者宏命令语言在有限元软件中建立有限元模型，然后做有限元分析，这种方法在建模时，通常独立地定义船舶结构即建模时没有考虑结构间的实际连接关系和从属关系，因而会带来许多问题。　　本文研究了Q-Morph四边形生成算法，并吸取铺砌法四边形生成算法的优点，将两种算法的优点有效地结合，提出了一种集两种算法优点于一体的新的四边形生成算法。并利用C++语言对改进的四边形算法加以验证，开发出可自动生成四边形网格的软件。此外，本文还对生成的网格优化方法加以推进，减少质量较差的单元，提高网格质量。具体工作如下：　　1)本文将研究Q-Morph算法和铺砌算法，结合铺砌法算法边界敏感、网格质量高和Q-Morph算法适应性强等优点，提出一种集二者优点于一体的改进的间接四边形生成法。具体的改进点如下：　　(1)对Q-Morph算法的前沿分类方法加以改进，以提高生成四边形单元的正则性。　　(2)结合铺砌法边界敏感的特点，对Q-Morph算法确定四边形网格形状的规则加以改进，从而提高四边形单元的质量。　　2)建立网格优化体系。依据网格转化不同阶段的特点，选择不同的网格优化算法。并针对应用最广泛的拉普拉斯优化算法的不足之处，对其加以改进: 　　针对拉普拉斯优化算法会导致三角形网格被压缩的不足，对该算法进行加权平均处理，保证网格尺寸的均匀性。　　3)本文将研究船板结构中的约束特点，针对模型中约束处的单元协调性问题，对Q-Morph算法四边形转化的优先顺序加以调整，保证各类约束处四边形单元的协调性。
作者：	荀超
专业：	机械工程
导师：	巩云鹏;鲍劲松
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文