基于STL的CutCell笛卡爾網(wǎng)格生成算法及應用.pdf

1、目前的凝固數(shù)值模擬軟件，如德國的MAGMA和國內(nèi)的華鑄CAE(InteCAST)等多采用有限差分方法(FDM)來模擬鑄件的凝固和充型過程，取得了很好的實用效果。 近年來，人們發(fā)現(xiàn)有限差分法不利于對形狀復雜的鑄件進行數(shù)值模擬；也不便于與應力場進行耦合計算；且采用差分法的模擬軟件在可視化過程中易產(chǎn)生階梯狀的圖像缺陷。因此，研究既能描述復雜鑄件形狀、解決圖像不光滑問題，同時又能進行有限差分(FDM)、有限元(FEM)和有限體積(FVM

2、)等數(shù)值計算的CutCell笛卡爾網(wǎng)格具有重要的現(xiàn)實意義。 本文在華鑄CAE已有技術基礎上，研究了網(wǎng)格生成過程中基于STL模型的幾個關鍵建模問題；研究了任意STL幾何實體的笛卡爾網(wǎng)格生成算法；同時結(jié)合體繪制技術，探討了解決差分數(shù)據(jù)在可視化中產(chǎn)生的圖像不光滑、呈階梯狀問題的算法。 本文首先研究了笛卡爾網(wǎng)格生成中STL實體的健壯布爾運算、用任意平面將復雜STL快速切分為兩部分及任意復雜實體快速、精確體積計算等建模問題；在此基

3、礎上，提出并實現(xiàn)了一種直接采用STL面片模型快速計算鑄件本體模數(shù)、關鍵模數(shù)及分體模數(shù)的新算法。 其次，首次在國內(nèi)鑄造領域進行了CutCell笛卡爾網(wǎng)格生成算法研究；基于華鑄CAE和Cart3D中通過擾動來避開退化情況的思想，提出并實現(xiàn)了一種支持任意STL幾何實體的高效、穩(wěn)健CutCell笛卡爾網(wǎng)格生成新算法(TAP，Three Axis Perturbations)，該算法可自動對STL中的丟面、掉線以及自相交等細小錯誤進行容錯

4、，并且有效地減少退化情況處理次數(shù)；同時，本文還研究解決了TAP算法生成的笛卡爾表面網(wǎng)格的簡化問題。 最后，本文分別采用直接體繪制算法和等值面提取算法解決了隨時間連續(xù)變化的差分數(shù)據(jù)可視化中的圖像表面“鋸齒”的問題；同時，利用TAP算法將差分數(shù)據(jù)映射到STL幾何表面上，解決了鑄造CAE中二值差分數(shù)據(jù)可視化時的圖像“鋸齒”問題。結(jié)合這兩類算法，首次提出了一種完善解決鑄造CAE中“鋸齒”問題的方法。 采用所開發(fā)的上述技術對一些復