基于拓扑变换的四面体网格优化研究

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在对复杂结构进行有限元分析时,常常采用网格自动剖分技术获得结构的有限元网格。当边界情况非常复杂时,网格自动剖分技术的应用会受到很大的制约,剖分效果也会受到极大的影响,会产生质量较差的单元,甚至会出现非法单元。解决这个问题的方法之一是重新形成局部小多面体并对其进行优化剖分。目前网格优化剖分主要有两类方法,一类是smoothing方法,一类是拓扑变换,本文主要研究拓扑变换的优化算法。 采用拓扑变换的方法优化剖分时,由于寻找最优变换路径的计算量往往随着结点个数的增加增长得太快,因而局部小多面体的规模(结点数或三角片数)只能限制在一个很小的范围内,如结点数通常小于12。为了减少计算量,扩大局部小多面体的规模,本文根据动态规划方法的思想,对寻找最优变换路径的算法进行改进。改进主要有两个方面,一方面是通过对子结构的划分、记录和存储,使得在搜索过程中避免重复计算;另一方面结合子结构具体的几何边界形状,增加对子结构分离的判断,使一个大问题转化成几个小问题,以进一步提高求解的效率。 本文利用VisualC++标准模板库辅助进行子结构的存储和搜索,实现了改进的优化方案和算法。程序中设置了3个统计量,分别记录子结构数、重复度和分离子结构数。一系列具体算例的结果表明,改进后的优化方案和算法可以避免在遍历过程中大量存在的子结构重复计算,能够在很大程度上提高优化剖分的速度。
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