一種基于背景網(wǎng)格的動網(wǎng)格方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于針對結構網(wǎng)格、結構/非結構混合網(wǎng)格W及點云的動網(wǎng)格技術領域， 具體涉及一種基于背景網(wǎng)格的動網(wǎng)格技術。
【背景技術】
[0002] 動網(wǎng)格技術被廣泛運用于氣動外形優(yōu)化設計、非定常流動仿真W及氣動彈性力學 仿真中。高效的動網(wǎng)格技術是解決此類問題的關鍵技術之一，而且也是實現(xiàn)工程應該中最 重要的技術"瓶頸"。動網(wǎng)格技術主要有Η種類型：剛性運動網(wǎng)格技術、重疊動網(wǎng)格技術、網(wǎng) 格變形技術。本發(fā)明屬于網(wǎng)格變形類的動網(wǎng)格技術。
[0003] 目前，網(wǎng)格變形類的動網(wǎng)格技術一般分為結構網(wǎng)格變形技術和結構/非結構混合 網(wǎng)格變形技術。常用的結構網(wǎng)格變形技術有；超限插值網(wǎng)格變形技術、徑向基函數(shù)網(wǎng)格變形 技術等。常用的結構/非結構混合網(wǎng)格變形技術有：彈黃拉伸網(wǎng)格變形技術、有限元網(wǎng)格變 形技術、徑向基函數(shù)網(wǎng)格變形技術等。超限插值網(wǎng)格變形技術屬于代數(shù)方法，效率極高，但 在網(wǎng)格拓撲結構較為復雜或者變形幅度較大時適用性較差，易出現(xiàn)網(wǎng)格交叉等問題。彈黃 拉伸網(wǎng)格變形技術和有限元網(wǎng)格變形技術均需求解由全體網(wǎng)格節(jié)點形成的大型稀疏矩陣， 此類方法在網(wǎng)格尺度較大、網(wǎng)格各向同性W及網(wǎng)格單元數(shù)較小時得到了廣泛的應用，但應 用于求解化vier-Stokes方程的各向異性的網(wǎng)格，則效率十分低下，且易出現(xiàn)網(wǎng)格交叉等 情況。徑向基函數(shù)網(wǎng)格變形技術是一類不依賴網(wǎng)格拓撲的網(wǎng)格變形方法，能夠應用于任意 網(wǎng)格類型的網(wǎng)格變形技術。其網(wǎng)格變形能力極強，當網(wǎng)格規(guī)模較大時，計算量十分巨大，目 前已經提出了貪必算法來精簡數(shù)據(jù)，大大的提高了計算的效率。
[0004] 采用徑向基函數(shù)網(wǎng)格變形技術時，如果體網(wǎng)格數(shù)達到百萬甚至千萬級時，將邊界 網(wǎng)格的變形通過徑向基函數(shù)插值到體網(wǎng)格上時，計算量將十分龐大，難W在工程中應用。
[0005] 因此，亟需研制一種基于背景網(wǎng)格的動網(wǎng)格技術，W有效的解決此問題。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術問題是提出的基于背景網(wǎng)格的動網(wǎng)格技術，旨在大幅減小動 網(wǎng)格技術中的計算量，提高網(wǎng)格生成的速度，提出一種能夠滿足工程需求的高效的動網(wǎng)格 技術，突破氣動外形優(yōu)化設計、非定常流動仿真W及氣動彈性力學仿真中的動網(wǎng)格技術"瓶 頸"。
[0007] 為了實現(xiàn)送一目的，本發(fā)明采取的技術方案是：
[0008] -種基于背景網(wǎng)格的動網(wǎng)格技術，包括如下步驟：
[0009] 步驟1、采集體網(wǎng)格點坐標信息V(X，y，Z) W及邊界網(wǎng)格點坐標信息BC(x，y，Z);
[0010] 步驟2、根據(jù)步驟1所采集的體網(wǎng)格點坐標信息，創(chuàng)建一個完全覆蓋體網(wǎng)格區(qū)域的 長方體，并對此長方體進行網(wǎng)格剖分，完成背景網(wǎng)格Vbg(x，y，z)的生成；
[0011] 步驟3、從步驟1所采集的邊界網(wǎng)格點坐標信息中采集參與網(wǎng)格變形的網(wǎng)格點 BCmv (X，y，Z) old,并根據(jù)工程實際需求，給出變形后邊界網(wǎng)格點的新坐標信息BCmv (X，y，Z) new,然后計算邊界網(wǎng)格點位置的改變量：
[0012] Δ BCmv (x, y, z) = BCmv (x, y, z) new - BCmv (x, y, z) old
[0013] 步驟4、剔除步驟3中采集的BCmv(x，y，z)old中的重復點，并將步驟3中采集的 BCmv (X，y, Z)new W及Δ BCmv (X，y, Z)中相應的網(wǎng)格點的信息剔除；
[0014] 步驟5、根據(jù)步驟4中剔除重復點后的BCmv (X, y, Z) old W及Δ BCmv (X, y, Z)，采用 基于貪必算法的徑向基函數(shù)法計算插值系數(shù)，從BCmv(x，y，z)old中獲取經過貪必算法精 簡后的插值基函數(shù)支撐點集合U(P1，P2,…，Pn)W及相應的權系數(shù)ω?α = 1，2,…，η), 其中η為集合U中的元素個數(shù)；
[0015] 步驟6、根據(jù)步驟5所獲得的支撐點集合U W及權系數(shù)ω i計算步驟2生成的背景 網(wǎng)格Vbg(x，y，z)的變形量ΔVbg(x，y，z)，并生成變形后的背景網(wǎng)格；
[0016] 步驟7、根據(jù)步驟6獲得的AVbg(x，y，z)插值出步驟1中體網(wǎng)格V(x，y，z)的變形 量Δ V (X，y，Z)，本步驟可分為W下幾步：
[0017] 步驟7. 1、在體網(wǎng)格V(x，y，Z)選取任意網(wǎng)格點Pi (X，y，Z)，從步驟2的背景網(wǎng)格 Vbg(x, y, Z)中搜索出包含網(wǎng)格點Pi (X，y, Z)的網(wǎng)格單元Ci ;
[0018] 網(wǎng)格單元Ci由網(wǎng)格點Pil，Pi2, Pi3, Pi4, Pi5, Pi6, Pi7, Pi8八個節(jié)點連接而成，根 據(jù)步驟6的Δ Vbg(x, y, z)可得網(wǎng)格點Pil~Pi8的變形量分別為（Axil, Δ5?1, Δ zil)， (Δχ?2, Δγ?2, Δζ?2), (Δχ?3, Δγ?3, Δζ?3)，( Δ χ i 4, Δγ?4, Δζ?4), (Δ X i 5 , Δγ?5, Δζ?5), (Δχ?6, Δγ?6, Δ ζ i 6) , (Δχ?7, Δγ?7, Δζ?7), (Δχ?8, Δγ?8, Δζ?8)；
[0019] 步驟7. 2、根據(jù)點Pi的坐標信息，計算Pi在網(wǎng)格單元Ci中的相對位置 Ρ?(ξ, η, 0 ；
[0020]
[0021] 步驟7. 3、根據(jù)步驟7. 2獲得的Pi ( ξ，η, ζ ) W及步驟7. 1中獲得的Pi 1~Pi8 的變形量，采用Η線性插值計算出Pi (X, y, Z)的變形量Δ Pi (X, y, Z) = ( Δ xi, Δ Δ zi); 具體的計算公式如下：
[0022] DXi = Δχ。
[0023] DX2 = - Δ Xji+ Δ Xj2
[0024] DX3 = - Δ Xji+ Δ
[00巧]DX* = - Δ Δ X巧
[0026] DXs 二 Δ χ"-Δ X口+ Δ X口- Δ Xi4
[0027] DXg = Δ χ"-Δ χ"-Δ X巧+ Δ X巧
[0028] DX? = Δ χ"-Δ Xy-Δ X巧+ Δ χ"
[0029] DXs = - Δ χ"+ Δ X。- Δ χ"+ Δ χ;4+ Δ X。- Δ χ;6+ Δ Δ Xis
[0030] 對DYi~DYs，DZi~DZs，都采用上述方法求得；
[00引] Δ = DXi+DXz · S +DX3 · η +DX4 · ζ +DXs · S η +DXe · S ζ +DX? · η ζ ++DXs · S η ζ
[0032] Δ = DYi+DYz · S +DY3 · η +DY4 · ζ +DYs · S η +DXe · S ζ +DY? · η ζ ++DYs · S η ζ
[0033] Δ Zi = DZi+DZz · S +DZ3 · η+DZ4 · ζ +DZs · S η+DZg · S ζ +DZ? · η ζ ++DZs · S η ζ。
[0034] 進一步的，如上所述的一種基于背景網(wǎng)格的動網(wǎng)格技術，步驟1中，采集體網(wǎng)格點 坐標信息V(x，y，z) W及邊界網(wǎng)格點坐標信息BC(x，y，z)時，對結構網(wǎng)格，直接采集體網(wǎng)格 點坐標信息V(x，y，Z) W及邊界網(wǎng)格點坐標信息BC(x，y，Z)時；對非結構網(wǎng)格，不采集網(wǎng)格 單元連接信息。
[0035] 本發(fā)明技術方案基于背景網(wǎng)格的動網(wǎng)格技術是指將動網(wǎng)格技術應用于網(wǎng)格較為 稀疏的背景網(wǎng)格上，實現(xiàn)高效的網(wǎng)格變形，然后將背景網(wǎng)格的變形量插值到原始的體網(wǎng)格 上，送樣可W大大的提高網(wǎng)格變形的速度。
【附圖說明】
[0036] 圖1是Z = 0的截面的原始網(wǎng)格；
[0037] 圖2是Z = 0的截面的變形后的網(wǎng)格；
[0038] 圖3是最小長方體；
[0039] 圖4是長方體網(wǎng)格剖分；
[0040] 圖5是變形后的背景網(wǎng)格A ;
[0041] 圖6是變形后的背景網(wǎng)格B ;
[0042] 圖7是Pi與Ci的位置關系。
【具體實施方式】
[0043] 下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明技術方案進行詳細說明。
[0044] 本發(fā)明采用徑向基函數(shù)法對稀疏的背景網(wǎng)格進行變形，然后將背景網(wǎng)格的變形量 插值到原始體網(wǎng)格的網(wǎng)格點上，從而達到提高動網(wǎng)格效率的目的。本發(fā)明的背景網(wǎng)格僅用 于將變形量回插到原始體網(wǎng)格上，所W并不要求背景網(wǎng)格與原始體網(wǎng)格的邊界吻合，W至 于可W采用簡單的可自動化生成的直角網(wǎng)格作為背景網(wǎng)格，大大地減少了人工干預，且變 形后的網(wǎng)格質量仍然較高。
[0045] 本發(fā)明一種基于背景網(wǎng)格的動網(wǎng)格技術，包括如下步驟：
[004引步驟1、采集體網(wǎng)格點坐標信息V(x，y，z) W及邊界網(wǎng)格點坐標信息BC(x，y，z);對 非結構網(wǎng)格，不采集網(wǎng)格單元連接信息。
[0047] 步驟2、根據(jù)步驟1所采集的體網(wǎng)格點坐標信息，創(chuàng)建一個完全覆蓋體網(wǎng)格區(qū) 域的長方體（如圖3所示），并對此長方體進行網(wǎng)格剖分（如圖4所示），完成背景網(wǎng)格 Vbg(x, y, Z)的生成；
[0048] 步驟3、從步驟1所采集的邊界網(wǎng)格點坐標信息中采集參與網(wǎng)格變形的網(wǎng)格點 BCmv(x, y, z)old，并根據(jù)工程實際需求，給出變形后邊界網(wǎng)格點的新坐標信息BCmv(x, y, Z) new,然后計算邊界網(wǎng)格點位置的改變量：
[0049] Δ BCmv (x, y, z) = BCmv (x, y, z) new - BCmv (x, y, z) old
[0050] 步驟4、剔除步驟3中采集的BCmv(X, y, z)old中的重復點，并將步驟3中采集的 BCmv (X，y, Z)new W及Δ BCmv (X，y, Z)中相應的網(wǎng)格點的信息剔除；
[005。 步驟5、根據(jù)步驟4中剔除重復點后的BCmv (X, y, Z) old W及Δ BCmv (X, y, Z)，采用 基于貪必算法的徑向基函數(shù)法計算插值系數(shù)，從BCmv(x，y，z)old中獲取經過貪必算法精 簡