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有限元方法是一种十分有效的工程分析方法,也是CAD/CAE集成应用领域的关键技术。随着有限元求解理论的日臻成熟,使其在工程分析和科学领域的应用不断扩大,但对以CAD技术和计算几何等为基础的有限元前处理建模方法的研究却相对滞后,尤其是其中之一的有限元网格自动生成技术,已经成为其进一步推广的瓶颈。针对这种现状,本文着重研究网格自动生成方法的基础上,探讨CAD与有限元通用软件ANSYS的集成应用方法。
二维有限元网格生成研究中,首先以基于Delaunav剖分的二维动态节点.单元一体化生成算法为基础,提出了二维有限元自适应网格规划生成方法和网格局部加密方法,给出了二维Delaunay剖分的约束恢复算法,实现了约束Delaunay剖分,确保了所生成网格对剖分区域刻画的准确性。最后,给出了克服二维Delaunay剖分单元退化的途径。
在曲面有限元网格生成算法研究中,提出基于波前法思想的曲面有限元网格生成算法。一方面,利用可伸缩的弹性引线,由波前单元边线段出发直接在曲面上定位新节点或选择合适的已有节点,构造新单元;另一方面,借助对应的参数域网格对新单元的拓扑相容性进行判断,以使所生成的曲面网格,具有良好的单元质量,并确保曲面网格生成算法的可靠性。针对闭曲面相对其参数域可能存在的边界信息缺失等问题,提出闭曲面边界预调整方法,通过补充参边界和虚边界棱边,以确保闭曲面与其参数域具有一致的边界拓扑关系,使算法能可靠地应用于各种形式的曲面网格自动生成。
在基于波前法的四边形网格自动生成算法的研究中,提出了基于波前法的四边形网格生成方法。该方法在已有三角形网格的基础上,由边界单元边线段初始化波前边。由波前边出发,通过选择合适的单元边或由约束Delaunay方法构造四边形单元侧边和顶边,生成四边形单元。当所有波前边均参与单元构造后,进行网格光顺,最终实现三角形到四边形网格的转换,该方法可获得单元质量良好的四边形网格。
在CAD软件与ANSYS集成应用的研究中,本文研究以网格模型数据文件接口方式实现有限元网格生成与ANSYS集成应用的方法。研究从CAD系统中提取并重新组织模型的几何和拓扑信息的方法,分析ANSYS有限元分析软件的网格模型数据接口文件格式,研究前处理软件程序数据结构的组织方法,并编写基于AutoCAD平台的有限元前处理程序,最后通过实例说明该CAD集成应用方法的有效性,并验证了所提网格生成方法的可靠性。