文档介绍：基于STL格式文件的全四边形网格生成方法
2
———————————————————————————————— 作者：
———————————————————————————————— 日期：
个人收集 仅供参考学****勿做商业用途
基于STL格式文件的全四边形网格生成方法*国家973方案(2004CB719402)和教育部跨世纪优秀人才方案资助工程。.
* 联系 陈涛 Email: ******@gmail
陈 涛+, 高 晖, 李光耀
(汽车车身先进设计制造国家重点实验室 湖南大学 长沙 410082)
摘 要: 提出一种以STL格式文件所描述的离散几何模型为根底，使用改良的铺路法自动生成全四边形网格的方法。重建STL文件的拓扑构造数据，而后进展模型的内外边界搜索及初始化布点。算法依次向模型内部参加新的节点以生成新的四边形网格单元，直至把模型内部全部覆盖。原始几何模型中的特征线被提取出来，并在网格生成阶段将其作为内部孔洞处理，减小了生成网格模型所导致的离散误差，在特征所在区域生成质量较佳的网格。使用一种联合Laplacian方法与小种群遗传算法〔μGA〕的网格光顺方法，可以有效地纠正反转单元、退化单元等形态质量很差的单元。多个算例验证了本文提出方法的有效性。
关键词: STL；网格剖分；特征提取；网格光顺；小种群遗传算法
随着汽车碰撞有限元仿真分析在国际上各大汽车公司的广泛应用，对有限元网格模型的要求也越来越高。一方面，CAD模型中大量的细节需要在网格模型中得以保存，以便更加真实的模拟汽车碰撞过程；另一方面，为了提高碰撞仿真计算精度，保证求解的稳定性，要求网格模型中的单元具有更高的质量。目前在主流CAD〔Computer Aided Design 计算机辅助设计〕软件使用NURBS〔非均匀有理b样条〕作为几何建模内核，商业化网格生成软件需要通过接口软件从软件中获取模型进展网格剖分。但通过接口软件进展数据交换时常常会产生数据丧失或数据错误，严重影响了网格剖分的进展。近年来，面片格式的几何模型表述方式得到了广泛应用，逐渐成为NURBS表述的一种替代方式，如在快速原型制造领域使用的STL〔Stereo lithography〕文件格式，它使用三角形来表述几何模型，格式简单且不易出错，因此更多的研究者把倾向于使用面片模型作为网格剖分的输入模型[1]。
3
个人收集 仅供参考学****勿做商业用途
在汽车碰撞和薄板冲压等强非线性问题的有限元仿真计算中，优先使用四边形单元，因为相比于三角形单元，四边形单元具有更高的求解精度和计算效率。非构造化四边形网格的生成方法分为直接法和间接法两大类[2]。直接法包括影射法、铺路法、前沿推进法、四叉树法等；间接法那么首先将待划分的区域划分为三角形单元，接着用不同的算法将三角形单元转换成四边形单元。Blacker[2]在1991年提出铺路法(Paving)属于直接法，具有适用性强，生成网格模型的质量高等优点，现已被广泛运用到商业化有限元分析软件的前处理程序中，如Ansys、HyperMesh等。
提出一种以STL格式几何模型的全四边形网格生成算法。克制了使用NURBS几何模型时所遇到的繁琐的模型修补问题。针对三角面片的特点，改良了原有的铺路算法，并能够更有效的控制网格单元尺寸的疏密过渡。原始几何模型中的重要几何特征在网格模型中均能够较好的保存。本文提出联合使用Laplacian方法与小种群遗传算法〔μGA〕的网格光顺方法，在合理的计算时间内，大幅提高了模型的单元质量。
STL文件的拓扑重建和特征提取
STL格式的数据文件中包含的三角面片，并不能满足有限元计算要求。从图1可以看到，模型包含有大量的狭长的三角形，无法满足碰撞仿真计算的精度要求。因此在本文所进展的研究中，三角面片模型仅作为生成四边形网格所需的背景网格。Béchet[2]使用STL格式的数据文件生成了满足有限元计算要求的三角形网格，而本文的研究关注于全四边形网格的生成。
图1 某车型行李箱