本說明書涉及仿真數(shù)值計(jì)算，特別涉及一種仿真模型中的多面體網(wǎng)格的優(yōu)化方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件的迅速發(fā)展，以及有限元法(fem)和有限體積法(fvm)等數(shù)值方法的日益成熟，數(shù)值模擬在工程和科學(xué)計(jì)算中的作用日益凸顯。對于許多工程和科學(xué)問題，尤其是涉及復(fù)雜幾何形狀的問題，數(shù)值模擬的可行性和可靠性很大程度上取決于計(jì)算域離散網(wǎng)格的質(zhì)量。

2、在離散網(wǎng)格生成過程中，通常會使用三角形或四面體單元對離散區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分。相較于四邊形或六面體網(wǎng)格，三角形或四面體網(wǎng)格通常需要更多的單元才能達(dá)到相同的計(jì)算精度。但是四邊形或六面體網(wǎng)格目前仍然存在一些限制，例如對于復(fù)雜幾何外形，生成純六面體網(wǎng)格較為困難。多面體網(wǎng)格作為一種替代方案，能夠較好地克服這些限制。相對于四面體和六面體網(wǎng)格，只需數(shù)量更少的多面體單元就能達(dá)到相同的求解精度，具有更高的計(jì)算效率，并且能夠靈活地構(gòu)建網(wǎng)格，更為準(zhǔn)確地描述復(fù)雜幾何形狀。

3、在仿真過程中，用于仿真計(jì)算的網(wǎng)格并不是一直保持不變的，網(wǎng)格變化往往會使網(wǎng)格質(zhì)量變差，導(dǎo)致求解時間增加，甚至出現(xiàn)無法求解的情況。而優(yōu)化網(wǎng)格質(zhì)量所消耗的時間往往少于因?yàn)榫W(wǎng)格質(zhì)量較差而增加的求解時間。因此，從避免仿真計(jì)算中斷、提高數(shù)值模擬的精度以及節(jié)省求解成本的角度考慮，有必要提供一種仿真模型中的多面體網(wǎng)格的優(yōu)化方法和系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本說明書一個或多個實(shí)施例提供一種仿真模型中的多面體網(wǎng)格的優(yōu)化方法，所述方法包括：獲取仿真模型中的第一網(wǎng)格數(shù)據(jù)；對所述第一網(wǎng)格數(shù)據(jù)進(jìn)行至少一輪迭代優(yōu)化，以獲取第二網(wǎng)格數(shù)據(jù)；其中，所述至少一輪迭代優(yōu)化包括：獲取當(dāng)前迭代輪的第一網(wǎng)格數(shù)據(jù)，所述第一網(wǎng)格數(shù)據(jù)包括第一網(wǎng)格單元集和第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)集；對所述第一網(wǎng)格單元集中的每個第一網(wǎng)格單元進(jìn)行拉伸變換和縮放變換，確定第二網(wǎng)格單元集；基于所述第二網(wǎng)格單元集和所述第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)集，確定臨時節(jié)點(diǎn)集，所述第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)集中的每個第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)對應(yīng)于所述臨時節(jié)點(diǎn)集中的一個臨時節(jié)點(diǎn)子集；基于所述臨時節(jié)點(diǎn)集縫合所述第二網(wǎng)格單元集中的每個第二網(wǎng)格單元，確定第二網(wǎng)格數(shù)據(jù)；判斷是否滿足優(yōu)化終止條件，響應(yīng)于滿足優(yōu)化終止條件，輸出所述第二網(wǎng)格數(shù)據(jù)；響應(yīng)于不滿足優(yōu)化終止條件，將所述第二網(wǎng)格數(shù)據(jù)確定為下一個迭代輪的第一網(wǎng)格數(shù)據(jù)。

2、在一些實(shí)施例中，所述終止條件包括：迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)次數(shù)上限。

3、在一些實(shí)施例中，所述終止條件包括：所述第二網(wǎng)格數(shù)據(jù)的質(zhì)量達(dá)到預(yù)設(shè)條件。

4、在一些實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)條件包括：所述第二網(wǎng)格數(shù)據(jù)的質(zhì)量參數(shù)與所述第一網(wǎng)格數(shù)據(jù)的質(zhì)量參數(shù)的差值小于預(yù)設(shè)值。

5、在一些實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)條件包括：所述第二網(wǎng)格數(shù)據(jù)中的全部非法單元轉(zhuǎn)換為合法單元。

6、在一些實(shí)施例中，所述拉伸變換包括：獲取拉伸系數(shù)；基于所述拉伸系數(shù)拉伸所述第一網(wǎng)格單元的每個第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，確定拉伸變換后的第一網(wǎng)格單元。

7、在一些實(shí)施例中，所述基于所述拉伸系數(shù)拉伸所述第一網(wǎng)格單元的每個第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)包括：確定所述每個第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的局部四面體；基于所述局部四面體，確定所述每個第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的外法向向量；基于所述每個第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)在所述第一網(wǎng)格單元中所屬的鄰接面，確定所述每個第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的修正向量；基于所述外法向向量和所述修正向量，確定所述每個第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的移動向量；基于所述拉伸系數(shù)和所述移動向量，確定所述每個第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的拉伸位置。

8、在一些實(shí)施例中，所述確定每個第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的修正向量包括：確定所述每個第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的初始修正向量；獲取每個第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的修正因子；基于所述修正因子縮放所述初始修正向量，確定所述修正向量。

9、在一些實(shí)施例中，所述縮放變換包括：基于初始邊長縮放拉伸變換后的第一網(wǎng)格單元。

10、在一些實(shí)施例中，所述縮放變換包括：基于初始體積縮放拉伸變換后的第一網(wǎng)格單元。

11、在一些實(shí)施例中，所述確定臨時節(jié)點(diǎn)集包括：對于所述每個第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，確定包含所述第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的第一網(wǎng)格單元子集；基于所述第一網(wǎng)格單元子集，確定變換后的第二網(wǎng)格單元子集；基于所述變換后的第二網(wǎng)格單元子集，確定所述每個第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的所述臨時節(jié)點(diǎn)子集。

12、在一些實(shí)施例中，所述基于所述臨時節(jié)點(diǎn)集縫合所述第二網(wǎng)格單元集中的每個第二網(wǎng)格單元，確定第二網(wǎng)格數(shù)據(jù)包括：基于所述臨時節(jié)點(diǎn)集中的每個臨時節(jié)點(diǎn)子集，對所述每個臨時節(jié)點(diǎn)子集中的臨時節(jié)點(diǎn)加權(quán)平均，確定所述第二網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)；基于所述第二網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)和所述第二網(wǎng)格單元，確定所述第二網(wǎng)格數(shù)據(jù)。

13、本說明書一個或多個實(shí)施例提供一種仿真模型中的多面體網(wǎng)格的優(yōu)化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：網(wǎng)格獲取模塊，被配置為獲取仿真模型中的第一網(wǎng)格數(shù)據(jù)；網(wǎng)格優(yōu)化模塊，被配置為對所述第一網(wǎng)格數(shù)據(jù)進(jìn)行至少一輪迭代優(yōu)化，以獲取第二網(wǎng)格數(shù)據(jù)；其中，所述至少一輪迭代優(yōu)化包括：獲取當(dāng)前迭代輪的第一網(wǎng)格數(shù)據(jù)，所述第一網(wǎng)格數(shù)據(jù)包括第一網(wǎng)格單元集和第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)集；對所述第一網(wǎng)格單元集中的每個第一網(wǎng)格單元進(jìn)行拉伸變換和縮放變換，確定第二網(wǎng)格單元集；基于所述第二網(wǎng)格單元集和所述第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)集，確定臨時節(jié)點(diǎn)集，所述第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)集中的每個第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)對應(yīng)于所述臨時節(jié)點(diǎn)集中的一個臨時節(jié)點(diǎn)子集；基于所述臨時節(jié)點(diǎn)集縫合所述第二網(wǎng)格單元集中的每個第二網(wǎng)格單元，確定第二網(wǎng)格數(shù)據(jù)；判斷是否滿足優(yōu)化終止條件，響應(yīng)于滿足優(yōu)化終止條件，輸出所述第二網(wǎng)格數(shù)據(jù)；響應(yīng)于不滿足優(yōu)化終止條件，將所述第二網(wǎng)格數(shù)據(jù)確定為下一個迭代輪的第一網(wǎng)格數(shù)據(jù)。

技術(shù)特征：

1.一種仿真模型中的多面體網(wǎng)格的優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如權(quán)利要求1所述的仿真模型中的多面體網(wǎng)格的優(yōu)化方法，其特征在于，所述終止條件包括：

3.如權(quán)利要求1所述的仿真模型中的多面體網(wǎng)格的優(yōu)化方法，其特征在于，所述終止條件包括：

4.如權(quán)利要求3所述的仿真模型中的多面體網(wǎng)格的優(yōu)化方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)條件包括：

5.如權(quán)利要求3所述的仿真模型中的多面體網(wǎng)格的優(yōu)化方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)條件包括：

6.如權(quán)利要求1所述的仿真模型中的多面體網(wǎng)格的優(yōu)化方法，其特征在于，所述拉伸變換包括：

7.如權(quán)利要求6所述的仿真模型中的多面體網(wǎng)格的優(yōu)化方法，其特征在于，所述基于所述拉伸系數(shù)拉伸所述第一網(wǎng)格單元的每個第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)包括：

8.如權(quán)利要求7所述的仿真模型中的多面體網(wǎng)格的優(yōu)化方法，其特征在于，所述確定每個第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的修正向量包括：

9.如權(quán)利要求1所述的仿真模型中的多面體網(wǎng)格的優(yōu)化方法，其特征在于，所述縮放變換包括：

10.如權(quán)利要求1所述的仿真模型中的多面體網(wǎng)格的優(yōu)化方法，其特征在于，所述縮放變換包括：

11.如權(quán)利要求1所述的仿真模型中的多面體網(wǎng)格的優(yōu)化方法，其特征在于，所述確定臨時節(jié)點(diǎn)集包括：

12.如權(quán)利要求1所述的仿真模型中的多面體網(wǎng)格的優(yōu)化方法，其特征在于，所述基于所述臨時節(jié)點(diǎn)集縫合所述第二網(wǎng)格單元集中的每個第二網(wǎng)格單元，確定第二網(wǎng)格數(shù)據(jù)包括：

13.一種仿真模型中的多面體網(wǎng)格的優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

技術(shù)總結(jié)
本說明書實(shí)施例提供一種仿真模型中的多面體網(wǎng)格的優(yōu)化方法和系統(tǒng)，該優(yōu)化方法由優(yōu)化系統(tǒng)執(zhí)行。該優(yōu)化方法包括：獲取仿真模型中的第一網(wǎng)格數(shù)據(jù)；對第一網(wǎng)格數(shù)據(jù)進(jìn)行至少一輪迭代優(yōu)化，以獲取第二網(wǎng)格數(shù)據(jù)。其中，至少一輪迭代優(yōu)化包括：獲取當(dāng)前迭代輪的第一網(wǎng)格數(shù)據(jù)；對第一網(wǎng)格單元集中的每個第一網(wǎng)格單元進(jìn)行拉伸變換和縮放變換，確定第二網(wǎng)格單元集；基于第二網(wǎng)格單元集和第一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)集，確定臨時節(jié)點(diǎn)集；基于臨時節(jié)點(diǎn)集縫合第二網(wǎng)格單元集中的每個第二網(wǎng)格單元，確定第二網(wǎng)格數(shù)據(jù)；判斷是否滿足優(yōu)化終止條件，響應(yīng)于滿足優(yōu)化終止條件，輸出第二網(wǎng)格數(shù)據(jù)；響應(yīng)于不滿足優(yōu)化終止條件，將第二網(wǎng)格數(shù)據(jù)確定為下一個迭代輪的第一網(wǎng)格數(shù)據(jù)。

技術(shù)研發(fā)人員：孫樹立,周榮波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10