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具有内部特征约束的四边形网格生成方法研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 网格生成技术及发展史

1.3 四边形网格生成方法

1.3.1 直接方法

1.3.2 间接方法

1.4 四边形网格生成原则

1.4.1 网格数量

1.4.2 网格疏密

1.4.3 网格质量

1.4.4 网格特征

1.4.5 网格布局

1.5 常用四边形网格生成方法

1.5.1 映射法

1.5.2 Paving法

1.5.3 Looping法

1.5.4 栅格法

1.5.5 Q-morph法

1.6 四边形网格质量评定标准

1.6.1 单元边长比γAR

1.6.2 单元内角

1.6.3 单元扭曲角

1.6.4 单元翘曲角

1.6.5 弦偏离度

1.6.6 雅可比比率

1.7 课题意义和主要研究内容

1.7.1 课题意义

1.7.2 主要研究内容

1.7.3 章节安排

第二章 四边形网格生成方法—Paving法

2.1 Paving法的术语及原理

2.1.1 Paving法的术语介绍

2.1.2 Paving法的原理

2.2 Paving法的基本过程

2.3 Paving法的实现过程

2.3.1 数据的输入

2.3.2 层的选择

2.3.3 网格单元的生成

2.3.4 冲突处理

2.3.5 网格光顺

2.3.6 环闭合

2.4 本章小结

第三章 特征约束的处理算法

3.1 特征约束

3.1.1 特征约束的定义

3.1.2 特征约束的节点表示

3.2 线约束的分类

3.3 线约束处理

3.3.1 线约束不相交的处理

3.3.2 线约束相交非闭合的处理

3.3.3 线约束相交闭合的处理

3.4 点约束处理

3.5 数据结构及算法实现

3.5.1 数据结构

3.5.2 算法实现

3.6 本章小结

第四章 特征约束的网格生成实例

4.1 线约束处理实例

4.1.1 单独线约束实例

4.1.2 线约束交叉非闭合实例

4.1.3 线约束交叉闭合实例

4.2 点约束处理实例

4.3 综合处理实例

4.4 本章小结

第五章 结论和展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

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摘要

有限体积法和有限元法是目前科学和工程计算中应用最为广泛的数值方法。应用这些数值方法一个重要的步骤就是对求解区域进行离散,即网格生成。对于二维洪水演进分析,计算区域复杂,内部具有各种涉水构筑物,如公路、铁路、堤坝、楼房等,这些构筑物在分析模型中通常作为内部边界条件加以处理。在生成网格时,将这些构筑物作为特征约束加以处理,网格的单元边吸附在约束上,并且约束周围的网格在约束处相匹配。现有的网格生成技术不能直接在内部有特征约束的区域上生成网格,因此研究具有内部特征约束的四边形网格自动生成方法,满足二维洪水演进分析等对网格生成的特殊需要,具有一定的理论意义和工程应用价值。
  本文提出一种基于Paving法的处理内部具有特征约束的四边形网格自动生成算法,并开发出处理内部具有特征约束的四边形网格自动生成程序,可以处理内部多个线约束、点约束等特征约束,满足了实际工程在四边形网格生成时需要处理内部特征约束的要求。
  本文以Paving法为基础,提出对特征约束包括线约束和点约束的处理算法。对于单条独立线约束,将其看作是面积为零的空洞,对其进行离散,形成封闭节点环,然后在其周围铺砌一层四边形网格单元;对于线约束相交形成非封闭区域的情况,先通过相交节点把线约束分割成多段线约束,再把每段线约束离散化形成封闭节点环,然后对封闭节点环进行合并处理,形成一个或多个独立的封闭节点环;对于线约束相交形成封闭区域的情况,提出自动确定各个子区域边界的算法,并对其边界线进行离散化形成内外两个封闭节点环。对于点约束提出计算出外边界节点环上与该点约束距离最近的节点,两点之间的线段作为线约束进行处理。
  基于本文提出的内部具有特征约束的四边形网格生成算法,开发出四边形网格自动化生成程序,并应用于二维洪水演进分析模型。

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