三维爆炸与冲击问题差分格式的网格生成算法及软件开发

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
11172041
项目类别：
面上项目
资助金额：
75.0万
负责人：
马天宝
依托单位：
北京理工大学
学科分类：
A1201.爆炸力学
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
王猛；张文耀；林庚浩；王义；王星；王银菊；陈一夫；
关键词：
网格生成数值模拟爆炸与冲击实体建模软件开发

项目摘要

大规模复杂爆炸问题的数值仿真计算是当前武器弹药设计和民用安全领域的重要研究课题，该类问题的数值模拟多基于有限差分格式，这对于三维复杂结构的离散及网格生成是十分困难的，因此，基于有限差分格式的网格自动生成软件的开发是提高爆炸与冲击问题数值模拟规模和精度的重要保证。本项目基于CSG和STL两种建模方式，实现复杂三维实体模型的建立；针对三维差分计算网格生成过程中的分层精度问题，研究提高分层精度的自适应分层算法；采用"切片法"生成封闭截面轮廓，研究高效率的切片算法；研究大规模网格绘制算法，提高网格图和线框图的绘制速度；采用CT思想，对网格生成后的实体逐层切片扫描，检测网格生成质量；运用面向对象的编程技术，以软件工程思想为指导，结合OpenGL与VC++，开发三维爆炸与冲击问题差分计算的大规模网格自动生成软件；通过典型爆炸与冲击问题的数值模拟，对所开发的软件进行测试和验证。

结项摘要

本项目针对三维爆炸与冲击问题大规模数值模拟中三维复杂结构的离散及网格生成需求，开展了三维有限差分网格自动生成算法研究及软件开发工作，并取得了如下创新性研究成果：（1）基于CSG和STL两种建模方式，实现了三维复杂实体的建模；（2）采用"切片法"生成封闭截面轮廓，给出了基于CSG和STL模型的网格自动生成算法；（3）针对三维有限差分网格生成过程中的分层精度问题，给出了提高分层精度的自适应分层算法；（4）给出了三维有限差分网格的消隐显示算法(A visible-mesh painter algorithm)，提高了网格显示速度；（5）针对自主开发的PMMIC-3D三维爆炸与冲击问题高性能仿真计算软件，结合OpenGL与VC++，开发了三维有限差分网格自动生成前处理软件MESH-3D；（6）根据CT思想，对网格剖分后的实体进行切片扫描，实现了网格的二维切片/三维剖切显示功能，进而对网格生成质量进行测试；（7）通过典型爆炸与冲击问题的数值模拟，对所开发的MESH-3D软件进行的有效性进行了验证。在该项目的资助下，共发表SCI收录论文5篇，EI收录论文5篇，核心期刊论文3篇，出版学术专著1部，授权计算机软件著作权1项，培养博士研究生4名，硕士研究生4名。