一种网格优化方法、网格生成器、存储介质

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种网格优化方法、网格生成器、计算机可读存储介质。

背景技术

随着CAE仿真技术的不断发展，如何同时提升计算效率和提高计算精度，是急需解决的问题。目前可行的方法包括借助并行计算、高性能计算机、提升求解算法的效率等。

网格划分也可同时提高计算效率及计算精度。在需要精细计算的区域，如应力集中、大形变区域，使用小尺度网格单元，在不需要精细计算区域，可以使用大尺度网格单元，起到节约计算资源，提升计算效率的目的。但是如何合理的划分的网格、预估需要和不需要精细计算的区域非常依赖工程师的处理经验。

如图1所示，为一个几何模型，在网格尺寸为10的约束尺寸下网格生成器生成的四面体网格，其中包含2392个网格单元。图2是基于图1的网格应力值示意图，设置模型材料属性、固定边界条件、施加载荷后获得的应力仿真结果，可以看到应力最大值仅为209Mpa。根据经验及公式分析，该应力数值跟真实值存在较大差距，其网格划分的合理程度有限，仍需优化。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种网格优化方法，自动调整网格尺寸，生成满足预设要求的网格，迭代计算，节约了计算资源，提高计算精度的同时提高计算效率。

本发明的目的之二在于提供一种网格生成器，执行上述一种网格优化方法，自动调整网格尺寸，生成满足预设要求的网格，迭代计算，节约了计算资源，提高计算精度的同时提高计算效率。

本发明的目的之三在于提供一种存储介质，执行上述一种网格优化方法，自动调整网格尺寸，生成满足预设要求的网格，迭代计算，节约了计算资源，提高计算精度的同时提高计算效率。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种网格优化方法，包括以下步骤：

步骤S1、获取网格生成器生成的初始网格，对所述初始网格进行静力分析，得到所述初始网格的应力场；判断所述应力场是否满足预设需求，若不满足，则执行步骤S2；

步骤S2、计算所述初始网格的估计误差，得到所述初始网格的网格节点上的度量张量场；

步骤S3、计算每个所述网格节点的度量张量场的特征值，获取所述网格节点的约束尺寸；根据所述约束尺寸生成优化网格；

步骤S4、令所述优化网格为初始网格，重新执行步骤S1进行下一次迭代，直至所述初始网格满足预设要求。

进一步地，所述步骤S2中计算所述初始网格的估计误差，得到所述初始网格的网格节点上的度量张量场包括以下步骤：

步骤S21、计算每个所述网格节点与所有连接节点的应力梯度值

步骤S22、令

步骤S23、计算所述网格连接线

步骤S24、根据每条所述网格连接线的长度变化值

进一步地，所述步骤S21包括以下步骤：

步骤S211、令

步骤S212、计算网格节点

进一步地，所述平均应力值梯度通过以下公式计算：

其中

进一步地，所述步骤S22中的网格连接线

其中，

进一步地，所述步骤S24中通过以下公式计算度量张量场

其中，

进一步地，所述度量张量场

其中，

进一步地，步骤S1中判断所述初始网格的应力场优化网格是否符合预设需求，包括以下步骤：

步骤S11、判断所述初始网格的应力场 是否满足计算要求，若满足，则输出所述初始网格，若不满足，则执行步骤S12；

步骤S12、判断所述优化网格的迭代次数是否不小于阈值，若所述迭代次数小于阈值，执行步骤S2进行下一次迭代，若所述迭代次数不小于阈值，则输出所述初始网格。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种网格生成器，包括有多个处理器、存储器及存储于所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，多个处理器执行所述计算机程序时实现如上任意一项所述的一种网格优化方法生成网格。

本发明的目的之三采用如下技术方案实现：

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上任意一项所述的一种网格优化方法。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种网格优化方法、网格生成器、计算机可读存储介质，计算网格的网格节点的估计误差与度量张量场，根据度量张量场获得网格节点的约束尺寸，根据仿真结果和对仿真精度的要求，自动调整网格尺寸，多次迭代生成符合预设需求的优化网格，提升了仿真软件计算精度的同时，节约计算资源，提升计算效率。

附图说明

图1为网格尺寸为10的约束尺寸下生成的四面体网格示意图；

图2为对图1的四面体网格进行静力分析的示意图；

图3为本发明所提供实施例一的流程示意图；

图4为本发明所提供实施例一步骤S2的流程示意图；

图5为本发明所提供实施例一的第一次迭代得到的网格示意图；

图6为本发明所提供实施例一的第一次迭代得到的网格应力值的示意图；

图7为本发明所提供实施例一的第三次迭代得到的网格；

图8为本发明所提供实施例一的第三次迭代得到的网格应力值的示意图；

图9为本发明所提供实施例一的第五次迭代得到的网格；

图10为本发明所提供实施例一的第五次迭代得到的网格应力值的示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例一

如图3所示，本申请提供了一种网格优化方法，自动调整网格尺寸，生成符合仿真要求网格，迭代计算，节约了计算资源，提高计算精度的同时提高计算效率。

具体的，本方法包括以下步骤：

步骤S1、获取网格生成器生成的初始网格，对所述初始网格进行静力分析，得到所述初始网格的应力场；判断所述初始网格的应力场是否满足预设需求，若不满足，则执行步骤S2；若满足，则输出所述初始网格。

所述网格生成器为现有的网格生成器，根据德劳内-前沿推进法（Delaunay-AFT）的网格划分算法，实现对几何模型的三角形、四边形、四面体或六面体的网格划分。如图2所示，对所述网格进行静力分析，得到对应网格的应力场。

判断所述初始网格的应力场是否符合预设需求，包括以下步骤：

步骤S11、判断所述初始网格应力场是否满足计算要求，若满足，则输出所述初始网格，若不满足，则执行步骤S12；所述计算要求可包括最大应力值的要求等，可由工作人员根据实际情况设置。

步骤S12、判断所述初始网格的迭代次数是否不小于阈值，若所述迭代次数小于阈值，将所述初始网格执行步骤S2进行下一次迭代，若所述迭代次数不小于阈值，则输出所述初始网格。

步骤S2、计算所述初始网格的估计误差，得到所述初始网格的网格节点上的度量张量场；

具体的，如图4所示，所述步骤S2还包括以下步骤：

步骤S21、计算每个所述网格节点与所有连接节点的应力梯度

计算平均应力梯度的方法如下所示：

步骤S211、令

步骤S212、计算网格节点

其中

步骤S22、令

其中，

步骤S23、计算所述网格连接线

步骤S24、根据每条所述网格连接线的长度变化值

其中，

步骤S3、计算每个所述网格节点的度量张量场的特征值，获取所述网格节点的约束尺寸；根据所述约束尺寸生成优化网格；

所述网格节点的度量张量场为一3×3的对称矩阵，用于计算三角形单元的空间坐标系的转换，其表达式为：

其中，

将所述特征值

步骤S4、令所述优化网格为初始网格，重新执行步骤S1进行下一次迭代，直至所述初始网格满足预设要求。

如图5-10所示，为本发明所提供实施例的示意图，分别为经过一次、三次、五次迭代获得的各项同性网格，其中网格数量依次为2623、2877、2920，对应的最大应力值为490MPa、528MPa、651MPa，每次迭代均更加接近真实值，实现了在不显著增加单元数量的情况下获得更优的仿真结果。

本网格优化方法通过计算网格的网格节点的估计误差与度量张量场，根据度量张量场获得网格节点的约束尺寸，根据仿真结果和对仿真精度的要求，自动调整网格尺寸，多次迭代生成符合预设需求的优化网格，提升了仿真软件计算精度的同时，节约计算资源，提升计算效率。

实施例二

本申请还提供一种网格生成器，设置有多个处理器、存储器及存储于所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，多个处理器执行所述计算机程序时实现如实施例一所述的网格优化方法，生成网格。所述网格生成器使用德劳内-前沿推进法（Delaunay-AFT）的网格划分算法，根据空间设置的网格约束条件生成相应的尺寸的网格单元。

实施例三

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，存储介质上存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述实施例一所述的网格优化方法。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(RandomAccess Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(HardDisk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

需要说明的是，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。并且本文中的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。

本实施例中的网格生成器、计算机可读存储介质与前述实施例中的方法是基于同一发明构思下的两个方面，在前面已经对方法实施过程作了详细的描述，所以本领域技术人员可根据前述描述清楚地了解本实施中的系统的结构及实施过程，为了说明书的简洁，在此就不再赘述。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。