一種基于等位面的聚變反應(yīng)堆中子輸運(yùn)計(jì)算中的樣條面處理方法
【專利摘要】一種基于等位面的聚變反應(yīng)堆中子輸運(yùn)計(jì)算中的樣條面處理方法，由于中子輸運(yùn)計(jì)算程序無法處理樣條面這樣的高階曲面，在進(jìn)行中子輸運(yùn)計(jì)算前，需要將CAD模型中的樣條面簡化為低階曲面，樣條面的簡化是基于CAD的中子輸運(yùn)計(jì)算建模的重要步驟。本發(fā)明提出了一種通過建立等位面對于以近似的樣條面相鄰的幾何體間的樣條面簡化的簡化方法。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，且簡化后結(jié)果模型中無干涉和縫隙，達(dá)到了中子輸運(yùn)計(jì)算的要求。
【專利說明】一種基于等位面的聚變反應(yīng)堆中子輸運(yùn)計(jì)算中的樣條面處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于等位面的聚變反應(yīng)堆中子輸運(yùn)計(jì)算中的樣條面處理方法，應(yīng)用于聚變反應(yīng)堆的中子輸運(yùn)計(jì)算工作中。

【背景技術(shù)】
[0002]在聚變反應(yīng)堆或裝置的設(shè)計(jì)階段，需要進(jìn)行中子學(xué)分析，其中的關(guān)鍵步驟是進(jìn)行中子輸運(yùn)計(jì)算。目前已經(jīng)有了成熟的基于CAD模型的將CAD模型轉(zhuǎn)換為中子輸運(yùn)模型的技術(shù)手段，但是在復(fù)雜的聚變反應(yīng)堆裝置的CAD模型中可能包含有樣條面這類高階曲面，這些曲面是無法直接用于生成中子輸運(yùn)模型的。在進(jìn)行中子輸運(yùn)模型創(chuàng)建前，需要通過一定的步驟處理樣條曲面，使用低階曲面去擬合樣條曲面，條面的簡化是基于CAD的中子輸運(yùn)計(jì)算建模的重要步驟。
[0003]中子輸運(yùn)計(jì)算需要生成的模型無縫隙且不能有干涉，這對于樣條面處理是是一個(gè)挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有技術(shù)是分別對各個(gè)實(shí)體上的樣條面進(jìn)行簡化處理，這樣不考慮CAD模型中實(shí)體間的面關(guān)系，極易在生成的中子輸運(yùn)計(jì)算模型中形成空隙或者干涉，就有可能造成中子輸運(yùn)計(jì)算的失敗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明技術(shù)解決問題:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于等位面的聚變反應(yīng)堆中子輸運(yùn)計(jì)算建模中的樣條面處理方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理，在保證不產(chǎn)生縫隙和干涉的情況下保持模型處理的高效性，能夠滿足聚變反應(yīng)堆的中子輸運(yùn)計(jì)算建模需求。
[0005]本發(fā)明技術(shù)解決方案:一種基于等位面的聚變反應(yīng)堆中子輸運(yùn)模型中的樣條面處理方法。在這樣的問題中，聚變堆模型中存在過于靠近的樣條面，需要將這些樣條面簡化為同一個(gè)面，然后提供給中子輸運(yùn)模型建模軟件進(jìn)行建模形成中子輸運(yùn)計(jì)算模型。如圖1所
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[0006]本發(fā)明方法分為6個(gè)步驟。
[0007](I)如圖2所示，F(xiàn)a和Fb是幾何體SI和S2相鄰的兩個(gè)樣條面，在樣條面上根據(jù)曲率選取若干頂點(diǎn)，連接頂點(diǎn)形成平面片，連接平面片形成圖2虛線所示的初始Fl和F2。Fl和F2與樣條面邊界相連，保證面的封閉性；
[0008](2)如圖3所示，向SI內(nèi)移動(dòng)F1，直到Fl全部在Fa的遠(yuǎn)離S2的一側(cè)且Fl與Fa或Fb不相交。同樣移動(dòng)F2到遠(yuǎn)離SI的一側(cè)且使F2與Fb不相交。Fl，F(xiàn)2與兩個(gè)實(shí)體的面圍成了過渡區(qū)域T，SI和S2過渡區(qū)域以外的區(qū)域?yàn)閷?shí)體的剩余部分Sllrft和S2left ；
[0009](3)如圖4所示，在F1，F(xiàn)2的包圍盒中，選取到兩個(gè)樣條面距離一致的點(diǎn)(如果選擇的點(diǎn)到兩樣條面的距離超過限制，表示該點(diǎn)不在樣條面相鄰區(qū)域，舍棄該點(diǎn))，采用I
【發(fā)明內(nèi)容】
I中類似方法，使用這些點(diǎn)構(gòu)造成一個(gè)由面片構(gòu)成的面殼，稱為等位面；
[0010](4)如圖5所示，使用等位面與Fl和F2構(gòu)造非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格:使用面片頂點(diǎn)構(gòu)造不規(guī)則四面體，這些非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格以等位面為中間部分一分為二，形成兩個(gè)部分Tl和T2 ；
[0011](5)如圖6所示，將Tl與Sllrft合并，將T2與S2lrft合并，形成最終的簡化結(jié)果，至此，相鄰的實(shí)體上的樣條面就簡化為了構(gòu)成等位面的平面，完成了簡化過程；
[0012](6)重復(fù)上述步驟直到所有樣條面均被處理，使用中子輸運(yùn)程序的格式描述平面以及其他非樣條面的面，輸出中子輸運(yùn)程序的輸入模型。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:以往的簡化方法是單獨(dú)將各實(shí)體上的樣條面進(jìn)行簡化，自動(dòng)簡化為面片模型或者手工簡化為更加擬合樣條面的二次曲面模型。其中自動(dòng)建模面片模型會造成簡化后的實(shí)體干涉的問題，中子輸運(yùn)計(jì)算對于計(jì)算幾何要求不能有空隙和干涉，這樣簡化得到的模型無法滿足中子輸運(yùn)計(jì)算的要求。其中手工簡化樣條面為二次曲面模型會耗費(fèi)大量的手工工作，會大大降低模型預(yù)處理的速度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0015]圖2為兩個(gè)待簡化實(shí)體；
[0016]圖3樣條面Fa和Fb簡化后移動(dòng)成為Fl和F2的過程示意圖；
[0017]圖4尋找等位點(diǎn)形成等位面；
[0018]圖5等位面與Fl和F2形成非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格分割過渡區(qū)域；
[0019]圖6最終簡化結(jié)果。

【具體實(shí)施方式】
[0020]為了基于實(shí)際CAD模型建立物理計(jì)算模型，需要解決實(shí)際CAD模型中存在的相鄰樣條面的簡化問題。簡化的結(jié)果不能包含干涉、空隙等內(nèi)容。為此，需要經(jīng)過如下的步驟對CAD實(shí)體間相鄰的樣條面進(jìn)行簡化。
[0021]1.假設(shè)Fa和Fb是幾何體SI和S2相鄰的兩個(gè)樣條面，設(shè)樣條面的參數(shù)方程組如下:
[0022]X = fx(u, v), y = fy (u, v), z = fz (u, v),以一定的間隔選取參數(shù) u, V 的值,得到一組在樣條面上的頂點(diǎn)，同時(shí)，在樣條面的邊上也以一定的間隔選擇參數(shù)U，V的值，得到一組在樣條面邊上的頂點(diǎn)集。將這些頂點(diǎn)集中相鄰的3個(gè)頂點(diǎn)相連，形成平面片，連接平面片形成圖2虛線所示的初始面片殼Fl和F2。Fl和F2與樣條面邊界相連，且具有封閉性；
[0023]2.對面片殼Fl和F2，對其上的每個(gè)非邊界頂點(diǎn)，計(jì)算樣條面在該點(diǎn)的到實(shí)體內(nèi)的法向量并將點(diǎn)沿法向量移動(dòng)，直到面片殼Fl全部在Fa的遠(yuǎn)離S2的一側(cè)且Fl與Fa或Fb不相交。同樣移動(dòng)F2到遠(yuǎn)離SI的一側(cè)且使F2與Fb不相交。F1，F(xiàn)2與兩個(gè)實(shí)體的面圍成了過渡區(qū)域T，SI和S2過渡區(qū)域以外的區(qū)域?yàn)閷?shí)體的剩余部分Sllrft和S2left ；
[0024]3.在F1，F(xiàn)2的包圍盒中，選取到兩個(gè)樣條面距離最近且距離一致的點(diǎn)(如果點(diǎn)到兩個(gè)樣條面的距離超過限值，則表示此點(diǎn)不在兩樣條面的重合部分，則拋棄這一點(diǎn))，采用步驟I中方法，使用這些點(diǎn)構(gòu)造成一個(gè)由面片構(gòu)成的面殼，稱為等位面，同時(shí)將沒有被等位面覆蓋的樣條面部分使用I中方法面片化；
[0025]4.如圖4所示，使用等位面、樣條面其余部分的面片殼與Fl和F2構(gòu)造非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格:使用面片頂點(diǎn)構(gòu)造不規(guī)則四面體，這些非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格以等位面為中間部分一分為二，形成兩個(gè)部分Tl和T2 ；
[0026]5.如圖5所示，將Tl與Slleft合并，將T2與S2left合并，形成最終的SI和S2實(shí)體，此時(shí)以樣條面相鄰的兩個(gè)實(shí)體完成對該樣條面的簡化，簡化的結(jié)果滿足無縫隙、無干涉的要求。
[0027]6.重復(fù)上述步驟直到模型中所有樣條面均被處理，所有的實(shí)體面可使用中子輸運(yùn)程序能夠支持的解析曲面參數(shù)描述，使用面方程描述各實(shí)體面，并輸出為中子輸運(yùn)計(jì)算模型，供中子輸運(yùn)計(jì)算使用。
【權(quán)利要求】
1.一種基于等位面的聚變反應(yīng)堆中子輸運(yùn)計(jì)算中的樣條面處理方法，假設(shè)在需要建立中子輸運(yùn)模型的聚變堆CAD模型中有兩個(gè)實(shí)體為SI和S2，兩個(gè)實(shí)體的鄰接面分別為Fa和Fb, Fa和Fb是近似的兩個(gè)樣條曲面，其特征在于所述方法步驟如下: (1)使用面片化方法，簡化Fa和Fb為平面片組成的面殼，在面殼與實(shí)體的其他面相交的位置補(bǔ)足面，保證新表面與兩個(gè)實(shí)體中Fa和Fb之外的面都能夠密封，這兩個(gè)新表面為Fl和F2 ； (2)將Fl上的非邊界頂點(diǎn)向SI內(nèi)移動(dòng)，直到Fl全部在Fa的靠SI的一側(cè)，將F2上的非邊界頂點(diǎn)向SI內(nèi)移動(dòng)，直到F2全部在Fb的靠S2的一側(cè)，至此F1，F(xiàn)2與兩個(gè)實(shí)體的面圍成了過渡區(qū)域T，SI和S2過渡區(qū)域以外的區(qū)域?yàn)閷?shí)體的剩余部分Sllrft和S2left ； (3)構(gòu)造包含F(xiàn)l，F(xiàn)2的包圍盒，在包圍盒中按照預(yù)定義精度選取到樣條面最近的點(diǎn)集合P = (P1, P2...}，連接這些點(diǎn)，構(gòu)造平面片，連接平面片構(gòu)成等位面； (4)使用等位面分割過渡區(qū)域T，形成兩個(gè)部分，其中靠近SI的部分為Tl，靠近S2的部分為T2 ； (5)將Tl與Sllrft合并，將T2與S2left合并，形成最終的簡化結(jié)果，至此，相鄰的實(shí)體上的樣條面就簡化為了組成等位面的一組平面，完成了對樣條面的處理； (6)重復(fù)上述步驟直到所有樣條面均被處理，使用中子輸運(yùn)程序的格式描述平面以及其他非樣條面的面，繼而輸出中子輸運(yùn)程序的輸入模型。
【文檔編號】G06T19/00GK104268945SQ201410528517
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月9日
【發(fā)明者】俞盛朋, 樊曉菁, 羅月童, 程夢云, 龍鵬程 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院