專利名稱：基于任意拉格朗日-歐拉(ale)的有限元分析的單元細(xì)分方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種在計(jì)算機(jī)輔助工程分析中的單元細(xì)分技術(shù)，更具體地，涉及一種基于任意拉格朗日-歐拉(ALE)的有限元分析的單元細(xì)分方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
基于任意拉格朗日-歐拉(ALE)的有限元公式使用未固定在空間中(例如，基于歐拉的有限元公式)或未附接至物質(zhì)(例如，基于拉格朗日的有限元公式)的計(jì)算系統(tǒng)?；贏LE的有限元模擬能夠消去傳統(tǒng)的基于拉格朗日和基于歐拉的有限元模擬具有的許多缺陷。ALE技術(shù)能夠應(yīng)用到許多工程問題中，例如，流體機(jī)構(gòu)相互作用、多物理場(chǎng)與多物質(zhì)的聯(lián)結(jié)(運(yùn)動(dòng)邊界和界面)、金屬成型/ 切割、鑄造等。當(dāng)在工程模擬中使用ALE技術(shù)時(shí)，在定義域中的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)能夠任意移動(dòng)以優(yōu)化單元的形狀，而在定義域的邊界和界面上的網(wǎng)絡(luò)能夠沿著物質(zhì)移動(dòng)以精確地追蹤多物質(zhì)系統(tǒng)的邊界和界面。在使用基于ALE的有限元分析(FEA)的時(shí)間推進(jìn)模擬中，模擬反應(yīng)在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的兩個(gè)解階段或周期中(拉格朗日和平流)獲得。首先，在拉格朗日階段中計(jì)算物質(zhì)通量形式的FEA網(wǎng)絡(luò)模型的反應(yīng)。FEA網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)相應(yīng)地移動(dòng)。接著，在平流階段中，通過使得計(jì)算的物質(zhì)通量(即，體積測(cè)量的變形部)從施主中移動(dòng)出，進(jìn)入到一個(gè)或多個(gè)受體，該計(jì)算的物質(zhì)通量被映射回原始的未變形網(wǎng)絡(luò)。為了獲得更好的模擬反應(yīng)，F(xiàn)EA網(wǎng)絡(luò)需要在關(guān)注的位置處被細(xì)分。與細(xì)分ALE單元有關(guān)的一個(gè)問題涉及到計(jì)算結(jié)果的映射，這在現(xiàn)有技術(shù)的方法中是難以解決的。因此，令人滿意的是具有用于在使用基于ALE的FEA的時(shí)間-推進(jìn)模擬中細(xì)分ALE單元的改善的方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
公開了一種用于在使用基于ALE的FEA的時(shí)間-推進(jìn)模擬中的FEA模型的細(xì)分ALE單元的系統(tǒng)和方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示意性實(shí)施方式，代表物理區(qū)域(例如，如包圍物體的空氣或水的流體，具有在其中的若干物質(zhì)的固體)、具有多個(gè)ALE單元的FEA模型被限定并使用于模擬物理定義域的物理現(xiàn)象的時(shí)間-推進(jìn)模擬中。該模擬反應(yīng)用于幫助使用者做出關(guān)于產(chǎn)品的某個(gè)設(shè)計(jì)是否適合的設(shè)計(jì)決定。例如，來自穿行在空氣中的爆炸震源的沖擊波、在空氣和飛機(jī)之間的流體結(jié)構(gòu)相互作用、在波和船舶之間的流體結(jié)構(gòu)相互作用。ALE單元的組通過檢測(cè)由用戶限定的觸發(fā)條件而被細(xì)分。在細(xì)分程序中，每個(gè)六面體的或八節(jié)點(diǎn)的實(shí)體母體ALE單元被劃分為八個(gè)六面體子單元?？稍诙鄬哟沃袌?zhí)行細(xì)分。每個(gè)ALE單元包含至少一種物質(zhì)。當(dāng)ALE單元包含多于一種物質(zhì)時(shí)，緊接細(xì)分操作，代表各種物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)在每個(gè)子單元中被計(jì)算。觸發(fā)條件包括但不限定于為:靜態(tài)細(xì)分、動(dòng)態(tài)細(xì)分等。動(dòng)態(tài)細(xì)分能夠周期性地被執(zhí)行和/或基于例如超過閾值的壓力變化的檢測(cè)、實(shí)體邊界的出現(xiàn)等的其他條件而被執(zhí)行。時(shí)間-推進(jìn)模擬中，在每個(gè)平流階段處，每個(gè)施主將計(jì)算的物質(zhì)通量映射至一個(gè)或更多的受體。當(dāng)施主將計(jì)算的物質(zhì)通量映射到若干受體時(shí)，每個(gè)受體計(jì)算來自施主的物質(zhì)通量中的它自己的部分。當(dāng)施主包括多于一種物質(zhì)時(shí)，每個(gè)受體必須考慮這種情形。


通過下文中的說明，結(jié)合權(quán)利要求以及附圖，將更好地理解本發(fā)明的這些和其他的特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，附圖中:圖1A為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的細(xì)分使用于在物理定義域的物理現(xiàn)象的時(shí)間-推進(jìn)模擬的有限元分析(FEA)模型的任意拉格朗日-歐拉(ALE)單元的示意性過程的流程圖；圖1B為示出圖1A的示意性過程的細(xì)分ALE單元的更詳細(xì)操作的流程圖；圖1C為示出在圖1A的示意性過程的每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)處的平流階段的更詳細(xì)操作的流程圖；圖2A-2D為以圖形的方式示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的多種示意性六面體ALE單元細(xì)分格式的二維圖解；圖3A為示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的被細(xì)分為八個(gè)子單元的示意性六面體ALE單元的圖解；

圖3B為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的包含多于一種物質(zhì)的示意性的母體單元和子單元的二維圖解；圖4為示出根據(jù)本發(fā)明的在細(xì)分的單元和未細(xì)分的單元之間的示意性關(guān)系的圖解；圖5A-5C為示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的在拉格朗日階段中計(jì)算的物質(zhì)通量的示意性平流階段映射的示意圖；圖6A-6C為示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的在先被細(xì)分的子單元的示意性的再結(jié)合的示意圖；圖7為示出示意性的計(jì)算機(jī)的主要組件的原理圖，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式被實(shí)施于其中。
具體實(shí)施例方式圖1A為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的細(xì)分使用于在物理定義域(例如，流體場(chǎng))的物理現(xiàn)象的時(shí)間-推進(jìn)模擬的有限元分析(FEA)模型的任意拉格朗日-歐拉(ALE)單元的示意性過程100的流程圖。過程100在軟件中實(shí)施并且優(yōu)選地結(jié)合本文中的其他附圖被理解。過程100開始于步驟102，即接收代表物理定義域(例如，空氣、海洋等)的有限元分析(FEA)模型，該物理定義域具有多個(gè)ALE單元。接著，在步驟104中，進(jìn)行時(shí)間-推進(jìn)模擬用于獲得物理定義域的模擬的物理現(xiàn)象(例如，空氣動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué))，其服從于使用基于ALE的FEA的用戶指定條件。該用戶指定條件包括但不限定于為:初始條件、邊界條件、負(fù)載條件等。該時(shí)間-推進(jìn)模擬在多個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)(有時(shí)候稱作解周期)中被進(jìn)行。通常，在時(shí)間-推進(jìn)模擬中，在時(shí)間零點(diǎn)(t=0)獲得初始模擬反應(yīng)。以后的模擬反應(yīng)則接著在許多個(gè)以時(shí)間步長(zhǎng)(At)增加的后繼的時(shí)間步長(zhǎng)(t=t+At)中獲得。在步驟106中，ALE單元細(xì)分程序在檢測(cè)到用戶指定觸發(fā)條件時(shí)被執(zhí)行。例如，該細(xì)分能夠在時(shí)間-推進(jìn)模擬開始的初期僅僅被執(zhí)行一次。這被稱作靜態(tài)細(xì)分。該細(xì)分還可被周期性地執(zhí)行若干次，例如，在每十個(gè)(或其他數(shù)量)時(shí)間步長(zhǎng)中被執(zhí)行一次。此外，該細(xì)分能夠在當(dāng)滿足某些標(biāo)準(zhǔn)時(shí)被執(zhí)行若干次，例如，當(dāng)某些單元中(例如，沖擊波)的壓力變化大于閾值時(shí)，或者，當(dāng)在某些單元中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)邊界時(shí)(參見圖2D)。如圖2D的左側(cè)中所示，結(jié)構(gòu)邊界240橫斷ALE單元241-243。動(dòng)態(tài)細(xì)分被執(zhí)行(由箭頭示出)，每個(gè)ALE單元241-243被劃分為八個(gè)子單元，如圖2D的右側(cè)中所示。與靜態(tài)細(xì)分相反，這些為動(dòng)態(tài)細(xì)分。圖1B示出執(zhí)行ALE單元細(xì)分的詳細(xì)步驟106a_106c。在步驟106a中，通過將每個(gè)母體單元302劃分為八個(gè)子單元304 (如圖3A中所示)，六面體ALE單元的組(某些ALE單元被稱作母體單元)被細(xì)分。圖2A示出細(xì)分ALE單元的實(shí)例的二維視圖。母體ALE單元202被細(xì)分為八個(gè)子單元204 (由于是二維視圖，因此僅示出了四個(gè)子單元204)。該母體ALE單元的組被用戶用熟知的方式指定。例如，能夠使用部件標(biāo)號(hào)或標(biāo)識(shí)符以指定哪一個(gè)或哪一些ALE單元將被細(xì)分。要指出的是，如果需要，每個(gè)子單元204還能夠被進(jìn)一步細(xì)分為八個(gè)單元(未示出)。其他的形成子單元的選擇包括但不必限定于有:圖2B中示出的繞著指定的母體單元202的子單元214的附加層，或圖2C中示出的子單元224的兩個(gè)層。接著，在步驟106b中，對(duì)于每個(gè)單元，確定并形成了相鄰單元以及它們的連通性的列表，用于在平流階段中的映射操作，例如，通過使用該獲知信息，至少一種物質(zhì)通量的各個(gè)部被計(jì)算。在步驟106b中還確定了每個(gè)單元的哪個(gè)單元面具有未細(xì)分的相鄰單元，用于在平流階段中的力平衡以及 補(bǔ)差速度。圖4示出具有細(xì)分的相鄰單元412的子單元402以及具有未細(xì)分的相鄰單元414的另一子單元404。為了便于清晰和簡(jiǎn)潔地說明，僅描繪了三個(gè)單元，并且相鄰單元彼此分開地被示出。在步驟106c中，對(duì)于包含多于一種物質(zhì)的母體ALE單元，該物質(zhì)的各個(gè)體積分?jǐn)?shù)在每個(gè)子單元中被計(jì)算。在圖3B中示出的實(shí)例中，母體ALE單元312包含三種物質(zhì)314-316。在細(xì)分操作之后，母體ALE單元312變?yōu)榘藗€(gè)子單元322。對(duì)于每個(gè)子單元(為了便于簡(jiǎn)潔說明，在二維圖解中僅示出四個(gè)子單元322a-322d)，體積分?jǐn)?shù)與這三種物質(zhì)314-316有關(guān)。例如，單元322a包含三種物質(zhì)，因而需要計(jì)算三個(gè)體積分?jǐn)?shù)，而單元322b-322d僅包含兩種物質(zhì)。要指出的是，使用體積分?jǐn)?shù)來計(jì)算物質(zhì)體積、質(zhì)量、節(jié)點(diǎn)質(zhì)量、內(nèi)能等。再次回到步驟112，在第一解階段(拉格朗日階段)中，在時(shí)間-推進(jìn)模擬的每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)處，為使用FEA的FEA模型計(jì)算節(jié)點(diǎn)力。該FEA模型接著相應(yīng)地變形。結(jié)果，獲得變形的節(jié)點(diǎn)位置的形式的模擬反應(yīng)。接著，在步驟114中，在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的第二解階段(平流階段)處，在第一解階段中獲得的模擬反應(yīng)被映射至另一 FEA網(wǎng)絡(luò)(通常為原始或初始FEA網(wǎng)絡(luò))。要指出的是，另一 FEA網(wǎng)絡(luò)也能夠?yàn)橛捎脩粝薅ǖ娜我獾男戮W(wǎng)絡(luò)。在映射操作中，過程100首先通過使用在變形的節(jié)點(diǎn)位置和將在圖1C所示的步驟114a中被映射的FEA網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)位置之間的體積差計(jì)算在每個(gè)ALE單元的每個(gè)單元面的至少一種物質(zhì)通量。接著，在步驟114b中，通過物質(zhì)通量的方向確定施主和至少一個(gè)相應(yīng)的受體。該施主為在特定的單元面處給出物質(zhì)通量的單元，而受體接收該物質(zhì)通量。或者，物體通量從施主中流出，流入到一個(gè)或多個(gè)受體中。在某些情況下，一個(gè)施主能夠?yàn)榱硪皇┲鞯氖荏w。換言之，第一 ALE單元供給物質(zhì)通量至第二 ALE單元，而同時(shí)接收來自第三ALE單元的另一物質(zhì)通量。為了確定施主和受體，必須知道每個(gè)ALE單元的相鄰單元的列表(例如，在步驟106b中形成的列表，該列表列出了細(xì)分的單元的未細(xì)分的相鄰單元)。接著，在步驟114c中，當(dāng)單元面設(shè)于未細(xì)分的單元和細(xì)分的單元之間時(shí)，將被分配的至少一種物質(zhì)通量的各個(gè)部在至少一個(gè)受體中被計(jì)算。否則，該計(jì)算在施主中執(zhí)行。最終，在步驟114d中，該至少一種物質(zhì)通量的計(jì)算的各個(gè)部被相應(yīng)地分配。圖5A示出基于ALE的FEA的解映射的第一實(shí)例。在左側(cè)示出兩個(gè)最初未變形的ALE單元502、504。該單元接著在中間示出的拉格朗日階段510之后變形。物質(zhì)通量503以陰影區(qū)域示出，其中的單元502作為施主，單元504作為受體。在平流階段520中，物質(zhì)通量被映射到右側(cè)示出的原始FEA網(wǎng)絡(luò)。在圖5B示出的第二實(shí)例中，受體504已經(jīng)被細(xì)分為八個(gè)單元514 (由于是二維視圖，僅示出了四個(gè)單元514)?？拷┲鞯膬H僅四個(gè)子單元(只示出了兩個(gè))需要計(jì)算右側(cè)圖解中示出的物質(zhì)通量503的各個(gè)部。圖5C示出第三實(shí)例，其中，單元522部分地包含物質(zhì)(或包括兩種物質(zhì))。在拉格朗日和平流階段510-520之后，在細(xì)分的單元544中的物質(zhì)通量523被合成，如與施主單元相鄰的兩個(gè)受體的橫截面545中所示。

回到步驟116，過程100可選地與不再需要的先前細(xì)分的子單元再結(jié)合，例如，當(dāng)結(jié)構(gòu)邊界已經(jīng)出現(xiàn)并被經(jīng)過時(shí)，將不再需要該先前細(xì)分的子單元。如圖6A中所示，八個(gè)子單元602被再結(jié)合到一個(gè)ALE單元604之中。在圖6B中，實(shí)體邊界620在箭頭622指示的方向中穿行。單元612 (以陰影區(qū)域示出)不再需要變?yōu)楦?xì)化的網(wǎng)絡(luò)。在圖6C中示出了作為再結(jié)合的結(jié)果的僅僅一個(gè)單元614。最終，過程100轉(zhuǎn)向判斷步驟118，該步驟確定時(shí)間-推進(jìn)模擬是否結(jié)束(例如，用戶指定的終止時(shí)間)。如果判斷結(jié)果為“否”，則過程100回到步驟106以繼續(xù)上面的步驟，直至判斷118的值為真。過程100則在其后終止。要指出的是，如果限定為靜態(tài)細(xì)分，則在步驟106中的細(xì)分僅執(zhí)行一次。根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明指向能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能的一個(gè)或更多的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在圖7中示出一個(gè)實(shí)例的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)700。該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)700包括一個(gè)或更多處理器，例如處理器704。該處理器704連接至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的通信總線702。針對(duì)該示意性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)描述了多種軟件實(shí)施方式。在閱讀本說明后，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚地知道如何使用其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和/或計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)來實(shí)施本發(fā)明。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)700還包括主存儲(chǔ)器708，優(yōu)選地為隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)，并且還包括輔助存儲(chǔ)器710。輔助存儲(chǔ)器710可包括，例如，一個(gè)或更多硬盤驅(qū)動(dòng)器712和/或一個(gè)或更多移動(dòng)存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器714，代表性的有軟磁盤驅(qū)動(dòng)器、磁帶驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器等。移動(dòng)存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器714以習(xí)知的方式從移動(dòng)存儲(chǔ)單元718讀取數(shù)據(jù)和/或向移動(dòng)存儲(chǔ)單元718寫入數(shù)據(jù)。被移動(dòng)存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器714讀取和寫入的的移動(dòng)存儲(chǔ)單元718的代表有軟磁盤驅(qū)動(dòng)器、磁帶驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器等。如將理解的，移動(dòng)存儲(chǔ)單元718包括計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)，其具有存儲(chǔ)在其中的計(jì)算機(jī)軟件和/或數(shù)據(jù)。在替代性實(shí)施方式中，輔助存儲(chǔ)器710可包括用于允許計(jì)算機(jī)程序或其他指令被加載到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)700中的其他類似的裝置。這種裝置可包括，例如，移動(dòng)存儲(chǔ)單元722和接口 720。這種裝置的實(shí)例可包括程序盒和盒式接口(如視頻游戲裝置中使用的盒式接口)、移動(dòng)存儲(chǔ)芯片(例如可擦除可編程只讀存儲(chǔ)(EPROM)，通用串行總線(USB)快閃式存儲(chǔ)器或PROM)以及聯(lián)合的插口和允許軟件和數(shù)據(jù)從移動(dòng)存儲(chǔ)單元722傳遞至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)700的其他移動(dòng)存儲(chǔ)單元722以及接口 720。通常，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)700被操作系統(tǒng)(OS)軟件控制和協(xié)調(diào)，該操作系統(tǒng)(OS)軟件執(zhí)行例如進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存管理、網(wǎng)絡(luò)和I/O服務(wù)等的任務(wù)。還可存在連接至總線702的通信接口 724。通信接口 724允許軟件和數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)700和外部設(shè)備之間傳遞。通信接口 724的實(shí)例可包括調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)絡(luò)接口(例如以太網(wǎng)卡)、通信端口個(gè)人計(jì)算機(jī)內(nèi)存卡國(guó)際協(xié)會(huì)(PCMCIA)插槽和卡等。計(jì)算機(jī)700與其他計(jì)算設(shè)備在基于一套特殊規(guī)則(即，協(xié)議)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行通信。一種常見協(xié)議為在因特網(wǎng)中常使用的TCP/IP協(xié)議(傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)協(xié)議)。通常，通信接口 724管理數(shù)據(jù)文件，將其組裝到較小的信息包中(該較小的信息包在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中傳遞)或者將接收的信息包重組裝到原始數(shù)據(jù)文件中。另外，通信接口 724處理每個(gè)信息包的地址部分以使得它得到正確的目的地或攔截去往計(jì)算機(jī)700的信息包。在該文件中，術(shù)語“計(jì)算機(jī)程序介質(zhì)”和“計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)”用于泛指例如移動(dòng)存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器714和/或安裝在硬盤驅(qū)動(dòng)器712中的硬盤等的介質(zhì)。這些計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品為用于向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)700提供軟件的裝置。本發(fā)明指向這種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)700還可包括輸入/輸出(I/O)接口 730，其將該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)700提供至接入顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)、掃描器、標(biāo)圖板等。計(jì)算機(jī)程序(也稱作計(jì)算機(jī)控制邏輯)作為應(yīng)用模塊706存儲(chǔ)在主存儲(chǔ)器708和/或輔助存儲(chǔ)器710中。計(jì)算機(jī)程序還可經(jīng)由通信接口 724接收。這種計(jì)算機(jī)程序在被執(zhí)行時(shí)使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)700能夠執(zhí)行在此討論的本發(fā)明的特征。具體地，該計(jì)算機(jī)程序在被執(zhí)行時(shí)使得處理器704能夠執(zhí)行本發(fā)明的特征。相應(yīng)地，這種計(jì)算機(jī)程序代表計(jì)算機(jī)系統(tǒng)700的控制器。 在本發(fā)明通過使用軟件而實(shí)施的實(shí)施方式中，該軟件可通過使用移動(dòng)存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器714、硬盤驅(qū)動(dòng)器712或通信接口 724而被存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品中并被加載到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)700中。該應(yīng)用模塊706在被處理器704執(zhí)行時(shí)使得處理器704執(zhí)行在此討論的本發(fā)明的功能。主存儲(chǔ)器708可加載一個(gè)或更多應(yīng)用模塊706，該一個(gè)或更多應(yīng)用模塊706能夠在使用或不使用通過I/o接口 730的用戶輸入而被一個(gè)或更多處理器704執(zhí)行以完成期望的任務(wù)。在操作中，當(dāng)至少一個(gè)處理器704適應(yīng)應(yīng)用模塊706中之一時(shí)，其結(jié)果被計(jì)算并存儲(chǔ)在輔助存儲(chǔ)器710 (B卩，硬盤驅(qū)動(dòng)器712)中。有限元分析的狀態(tài)經(jīng)由I/O接口 730以文本或圖示的方式報(bào)告給用戶。在一個(gè)實(shí)施方式中，應(yīng)用模塊706被構(gòu)造為促進(jìn)表征產(chǎn)品的有限元分析模型的形成。該應(yīng)用模塊706還允許將子循環(huán)與質(zhì)量縮放的結(jié)合技術(shù)與詳盡的有限元分析相結(jié)合而使用。在另一實(shí)施方式中，應(yīng)用模塊706被構(gòu)造為促進(jìn)質(zhì)量縮放到達(dá)某一變形有限元，用于保持子循環(huán)的穩(wěn)定解。雖然已經(jīng)參考具體的實(shí)施方式描述了本發(fā)明，當(dāng)這些實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不作為本發(fā)明的限定?？山ㄗh本領(lǐng)域的技術(shù)人員采用具體公開的示意性實(shí)施方式的多種修改或變型方案。例如，雖然示出并描述了二維圖解，當(dāng)本發(fā)明也可指向三維六面體單元。此外，在通常僅示出并描述了一種物質(zhì)之處，本發(fā)明并不受限于在該模型中的一種物質(zhì)。此夕卜，為了便于簡(jiǎn)單說明，將物質(zhì)通量示出為從一個(gè)ALE單元流出并進(jìn)入另一 ALE單元。當(dāng)任何的ALE單元都可同時(shí)地接收和供給物質(zhì)通量?？傊?，本發(fā)明的范圍不應(yīng)當(dāng)受限于在此公開的具體的示意性實(shí)施方式，并且，同意建議本領(lǐng)域的技術(shù)人員采用的所有的修改方案都應(yīng)當(dāng)被包括在本申請(qǐng)的精神和界限以`及附加的權(quán)利要求的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種細(xì)分在時(shí)間-推進(jìn)模擬中使用的模擬物理定義域的物理現(xiàn)象的有限元分析(FEA)模型的任意拉格朗日-歐拉ALE)單元的方法，所述方法包括: 接收在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中具有多個(gè)ALE單元的、代表物理定義域的FEA模型，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有安裝于其上的基于ALE的FEA應(yīng)用模塊，其中，每個(gè)ALE單元為具有六個(gè)單元面的八-節(jié)點(diǎn)實(shí)體有限元；以及 通過進(jìn)行使用服從于用戶指定的條件的FEA模型的時(shí)間-推進(jìn)模擬，獲得所述物理定義域的模擬的物理現(xiàn)象，所述進(jìn)行時(shí)間-推進(jìn)模擬包括: 一旦檢測(cè)到用戶限定的觸發(fā)條件，通過將所述ALE單元中的某一些ALE單元的每一個(gè)劃分為多個(gè)子單元而細(xì)分所述ALE單元中的某些ALE單元，確定并形成所述的ALE單元中的每一個(gè)的相鄰單元的列表，并確定所述的ALE單元中的每一個(gè)的哪一個(gè)單元面與未細(xì)分的相鄰單元靠近； 在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的第一解階段中，通過執(zhí)行所述FEA模型的FEA，獲得所述的ALE單元中的每一個(gè)變形的節(jié)點(diǎn)位置的形式的模擬反應(yīng)；以及 在所述每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的第二解階段中，將模擬反應(yīng)映射到另一 FEA網(wǎng)絡(luò)，所述映射包括:基于所述變形節(jié)點(diǎn)位置和所述另一 FEA網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)位置計(jì)算在所述的ALE單元中的每一個(gè)的每個(gè)單元面處的至少一個(gè)物質(zhì)通量；確定在所述每個(gè)單元面處的施主以及至少一個(gè)相應(yīng)的受體，所述至少一個(gè)物質(zhì)通量從所述施主中流出并流入到所述至少一個(gè)相應(yīng)的受體中；當(dāng)所述每個(gè)單元面位于未細(xì)分的單元和細(xì)分的單元之間時(shí)，在所述至少一個(gè)相應(yīng)的受體中計(jì)算將被接收的所述至少一個(gè)物質(zhì)通量的各個(gè)部，否則，所述各個(gè)部在所述施主中被計(jì)算；以及將所述各個(gè)部從所述施主中分配到所述至少一個(gè)相應(yīng)的受體中。
2.根據(jù)權(quán)利要求 1中所述的方法，其中，所述用戶指定的條件包括初始條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其中，所述用戶指定的條件包括邊界條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其中，所述用戶限定的觸發(fā)條件包括在所述時(shí)間-推進(jìn)模擬開始時(shí)被執(zhí)行的一個(gè)細(xì)分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其中，所述用戶限定的觸發(fā)條件包括周期性地被執(zhí)行的若干個(gè)細(xì)分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其中，所述用戶限定的觸發(fā)條件包括當(dāng)滿足一個(gè)或更多特定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)被執(zhí)行的若干個(gè)細(xì)分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的方法，其中，所述一個(gè)或更多特定標(biāo)準(zhǔn)包括檢測(cè)大于預(yù)定閾值的壓力變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的方法，其中，所述一個(gè)或更多特定標(biāo)準(zhǔn)包括在結(jié)構(gòu)邊界之前的時(shí)間步長(zhǎng)中的出現(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，還包括當(dāng)所述ALE單元中的所述某些ALE單元的每一個(gè)包含多于一種物質(zhì)時(shí)，計(jì)算所述每個(gè)子單元的各個(gè)體積分?jǐn)?shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其中，所述至少一個(gè)物質(zhì)通量包括在所述變形的節(jié)點(diǎn)位置和將被映射的所述FEA網(wǎng)絡(luò)的所述節(jié)點(diǎn)位置之間的體積差。
11.根據(jù)權(quán)利要求10中所述的方法，其中，所述將被映射的FEA網(wǎng)絡(luò)為所述FEA模型的原始FEA網(wǎng)絡(luò)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10中所述的方法，其中，所述將被映射的FEA網(wǎng)絡(luò)為新的用戶-限定的FEA網(wǎng)絡(luò)模型。
13.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其中，所述第一解階段為拉格朗日階段，并且所述第二解階段為與所述基于ALE的FEA聯(lián)合的平流階段。
14.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其中，所述施主是另一施主的至少一個(gè)受體中之O
15.一種細(xì)分在時(shí)間-推進(jìn)模擬中使用的模擬物理定義域的物理現(xiàn)象的有限元分析(FEA)模型的任意拉格朗日-歐拉ALE)單元的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 主存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)用于明確的有限元分析(FEA)應(yīng)用模塊的計(jì)算機(jī)可讀代碼； 聯(lián)接至所述主存儲(chǔ)器的至少一個(gè)處理器，所述至少一個(gè)處理器在所述主存儲(chǔ)器中執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)可讀代碼，以使得所述明確的FEA應(yīng)用模塊通過以下方法執(zhí)行操作: 接收具有多個(gè)ALE單元的、代表物理定義域的FEA模型，其中，所述每個(gè)ALE單元為具有六個(gè)單元面的八-節(jié)點(diǎn)實(shí)體有限元；以及 通過進(jìn)行使用服從于用戶指定的條件的FEA模型的時(shí)間-推進(jìn)模擬，獲得所述物理定義域的模擬的物理現(xiàn)象，所述進(jìn)行時(shí)間-推進(jìn)模擬包括: 一旦檢測(cè)到用戶限定的觸發(fā)條件，通過將所述ALE單元中的某一些ALE單元的每一個(gè)劃分為多個(gè)子單元而細(xì)分所述ALE單元中的某些ALE單元，確定并形成所述的ALE單元中的每一個(gè)的相鄰單元的列表，并確定所述的ALE單元中的每一個(gè)的哪一個(gè)單元面與未細(xì)分的相鄰單元靠近； 在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的第一解階段中，通過執(zhí)行所述FEA模型的FEA，獲得所述的ALE單元中的每一個(gè)變形的節(jié) 點(diǎn)位置的形式的模擬反應(yīng)；以及 在所述每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的第二解階段中，將模擬反應(yīng)映射到另一 FEA網(wǎng)絡(luò)，所述映射包括:基于所述變形節(jié)點(diǎn)位置和所述另一 FEA網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)位置計(jì)算在所述的ALE單元中的每一個(gè)的每個(gè)單元面處的至少一個(gè)物質(zhì)通量；確定在所述每個(gè)單元面處的施主以及至少一個(gè)相應(yīng)的受體，所述至少一個(gè)物質(zhì)通量從所述施主中流出并流入到所述至少一個(gè)相應(yīng)的受體中；當(dāng)所述每個(gè)單元面位于未細(xì)分的單元和細(xì)分的單元之間時(shí)，在所述至少一個(gè)相應(yīng)的受體中計(jì)算將被接收的所述至少一個(gè)物質(zhì)通量的各個(gè)部，否則，所述各個(gè)部在所述施主中被計(jì)算；以及將所述各個(gè)部從所述施主中分配到所述至少一個(gè)相應(yīng)的受體中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15中所述的系統(tǒng)，其中，將被映射的所述FEA網(wǎng)絡(luò)為所述FEA模型的原始FEA網(wǎng)絡(luò)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15中所述的系統(tǒng)，其中，所述第一解階段為拉格朗日階段，并且所述第二解階段為與所述基于ALE的FEA聯(lián)合的平流階段。
全文摘要
公開了一種用于細(xì)分在時(shí)間-推進(jìn)模擬中的ALE單元的系統(tǒng)和方法。在時(shí)間-推進(jìn)模擬中限定并使用代表物理定義域的FEA模型，其模擬物理定義域的物理現(xiàn)象。ALE單元中的某一些在檢測(cè)到用戶-限定的觸發(fā)條件時(shí)被細(xì)分。所述ALE單元中的某一些的每一個(gè)被細(xì)分為許多子單元。當(dāng)ALE單元包含多于一種物質(zhì)時(shí)，代表各個(gè)物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)在緊接每個(gè)細(xì)分之后在每個(gè)子單元中被計(jì)算。在每個(gè)平流階段，每個(gè)施主將它的通量映射到一個(gè)或更多受體。當(dāng)施主將它的通量映射到若干受體時(shí)，每個(gè)受體計(jì)算它從施主分到的通量的份額。當(dāng)施主包含多于一種物質(zhì)時(shí)，每個(gè)受體必須考慮這種情形。
文檔編號(hào)G06F17/50GK103246755SQ201210514668
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月13日
發(fā)明者尼古拉斯·阿奎利特 申請(qǐng)人:利弗莫爾軟件技術(shù)公司