复杂产品模型的六面体网格自动生成与高质量编辑

As industries seek more and more accurate and efficient finite element analysis, hex meshes become more and more irreplaceable because of their excellent properties. However, existing methods of hex meshing are difficult to automatically generate high quality hex meshes of complex product models and conduct re-meshing after complicated variational design. The project aims to study approaches to automated generation and high quality editing of hex meshes according to the requirements of efficient and accurate engineering analysis on complex products. And it is intended to break through key challenges of complex model decomposition for hex meshing, high quality editing of hex meshes, and localized topological optimization of hex meshes, and to develop a prototype system of automated hex meshing based on model decomposition. The project is of significance for achieving automated generation of high quality hex meshes of complex product models and enabling it to satisfy the requirements of industries on efficient and accurate engineering analysis.

随着工业界对有限元分析的精度和效率要求日益提高，六面体网格因其具有优异的特性而变得越来越无法替代。然而，现有的六面体网格生成方法还远远不能满足工业界需要，存在着诸多问题，如难以自动生成复杂模型的高质量六面体网格，难以支持复杂变动设计后的六面体网格重生成等。为此，本项目针对高效高精度工程分析的需要，以复杂产品模型为对象，研究六面体网格的自动生成和高质量编辑优化方法，突破面向六面体网格生成的复杂产品模型自动分解、基于分解体的六面体网格协调生成、支持复杂变动的六面体网格高质量编辑、六面体网格的局部拓扑优化等关键技术，研发基于体分解的复杂产品模型六面体网格自动生成原型系统。项目的开展对于实现复杂产品模型的全自动高质量六面体网格生成，进而提升对复杂产品进行高效高精度模拟分析的能力具有重要意义。

六面体网格自动生成和高质量编辑优化对于进行产品的高效、高精度性能模拟分析，实现仿真驱动的产品优化设计具有重要意义。针对现有六面体网格生成和编辑方法存在的自动化程度低、所生成的六面体网格质量无法保证、难以处理复杂产品模型等问题，本课题对复杂产品模型的六面体网格自动生成和高质量编辑方法和算法开展了深入研究，主要取得了以下成果：.1、提出了一种基于sheet操作的实体模型六面块自动分解方法，能够对由平面和二次曲面构成的复杂实体模型进行高效高质量的六面块自动分解，能够有效支持高质量六面体网格的自动生成。.2、提出了一种鲁棒的类扫成体自动识别与分解算法，能够有效地从实体模型中识别出严重相交类扫成体，能够优化地分离严重交互的类扫成体，使其满足高质量六面体网格生成的需要。.3、提出了一种基于对偶面的实体模型六面块自动分解方法，通过构造和使用对偶面，能够对带有复杂自由曲面的实体模型进行六面块自动分解；通过使用标架场并对3-5奇异线退化情况进行判别和纠正，使得分解出的六面块具有高质量。.4、提出了一种基于全局嫁接操作的多轴向扫成网格生成方法，能够有效地处理复杂的扫成体嫁接类型，能够有效地保证扫成体间贴合面处的网格质量。.5、提出了一种基于特征移动的六面体网格局部编辑方法，能够实现对六面体网格上的局部特征进行大幅度的移动，同时保证编辑后的网格质量仍然能够满足要求。.6、提出了一种允许几何模型发生拓扑变动的六面体网格编辑方法，通过允许几何模型发生拓扑变动，提高了六面体网格直接编辑能力；通过构建编辑六面体网格上奇异点的拓扑操作，保证编辑后的六面体网格在结合区域具有拓扑一致性。.7、提出了一种标架场引导的六面体网格拓扑优化方法，基于标架场进行质差单元结构问题的判别，基于标架场和对偶操作进行结构调整，能够有效改善质差单元的网格质量，使得六面体网格的整体质量能够达到实用要求。. 上述研究成果对于实现复杂产品模型六面体网格自动生成与高质量编辑优化，进而开发出具有自主知识产权的六面体网格自动生成软件将起到重要作用。本课题共发表学术论文13篇，其中重要国际期刊论文8篇，并应邀在International Meshing Roundtable 2018国际会议上作大会特邀报告介绍相关研究成果。.