一种数值模拟前处理网格转换方法技术

本申请公开了一种数值模拟前处理网格转换方法，该技术属于计算机应用领域。为了实现各类商业软件、自主前处理软件之间的网格数据交换，设计了面向数值建模与模拟的网格数据以及部分仿真数据的统一模型，约定了结构化、非结构化网格的数据结构与数据格式规范，并定义了基本的材料集合、边界条件、初始条件等仿真属性，形成一个前处理数据交换工具。基于该工具，通过研发典型商业软件、开源软件的网格数据交换接口，实现常见网格模型之间的相互转换。换。换。

【技术实现步骤摘要】
一种数值模拟前处理网格转换方法


[0001]本专利技术涉及计算机领域，具体涉及一种数值模拟前处理网格转换方法。

技术介绍

[0002]目前用于科学计算和工程数值模拟的CAE软件有多种，包括MSC.Nastran、MSC.Marc、ANSYS、ABAQUS、FLUENT、LS
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DYNA、ADINA等商业软件、Saturne等开源软件，这些软件都有着各自的优势和特点，可以在特定领域或问题上发挥重要作用。多数软件以网格作为数值计算和分析的前提。由于业界缺乏统一的网格数据格式标准，不同软件、平台间的网格格式的表征形式、表达能力和技术成熟度差别较大，网格计算模型之间共享困难。目前网格数据交换主要依赖平台型商业前处理软件（例如HyperMesh）开展，在规模、功能和可定制性上受到制约，特别是针对自主研发的CAE软件。因此，功能强大、使用方便灵活并能够与众多CAE软件进行网格数据交换的前处理工具，对于提升数值建模与模拟效率，支持CAE软件之间进行协同或相互验证等具有十分重要的意义。
[0003]分析典型商业、开源网格模型的特点，具体为网格格式及表示能力的分析，发现各类网格模型在表示能力、数据结构和数据格式上差异很大，在这种情况下，往往导致网格模型之间存在物理隔离，无法直接进行跨软件使用。
[0004]针对不同格式网格数据共享需求，采用一对一的转换方式会导致蛛网式数据转换接口布局，研发和维护工作量较大。有必要设计一套通用的网格中间数据模型，首先将各类网格模型转化为规范的数据结构，然后再导出成目标网格模型，从而使接口的设计、开发从乘性复杂性变为加性复杂性。
[0005]为了实现各类商业软件、自主前处理软件之间的网格数据交换，本专利技术设计了面向数值建模与模拟的网格数据以及部分仿真数据模型，约定了结构化、非结构化网格的数据结构与数据格式规范，并定义了基本的材料集合、边界条件、初始条件等仿真属性，形成一个前处理数据交换工具。基于该工具，通过研发典型商业软件、开源软件的网格数据交换，支持网格数据在商业、开源和自主数值模拟软件中高质量传递。

技术实现思路

[0006]网格模型设计本专利技术提出一个二元组<实体E、属性T>来表示网格模型，其中E表示网格实体，用于存储网格基本数据；T表示属性的数据标签，为实体添加属性数据，统一网格数据结构如图1所示。
[0007]其中，网格实体是网格数据要素的基本概念，既包括0维到3维的几何元素，主要有点、线段、多边形、四面体、六面体、多面体等，也包括各类几何元素的集合。网格实体句柄采用双向链表实现多段连续值的紧致存储。属性数据以标签的形式附加在网格实体上，这种网格实体和数据解耦设计可以降低网格实体上增删多个属性数据的开销，极大程度提升网格和数据管理的灵活性。
[0008]网格模型转换接口设计本专利技术通过构建网格数据模型读写接口类实现对底层网格模型数据的访问。接口类基于享元模式进行设计，构建指向全局网格实体和属性的引用，从而能够被所有实例对象所共享。该设计避免了“一对一”的蛛网式接口布局，减少了接口设计、开发、维护和扩展难度，网格转换接口设计示意图如图2。
[0009]网格模型转换实例基于上述网格模型和接口，本专利技术研发了一个前处理数据交换工具，实现了网格数据以及部分模拟数据的集中管理和处理，开发了NASTRAN、ABAQUS、ANSYS、VTK、PLOT3D、DYNA、FLUENT、CGNS等多类CAE软件网格数据交换实例，支持网格数据在商业、开源和自主数值模拟软件中高质量传递。工具有助于缓解商业、开源与自主数值模拟软件网格数据孤岛的现象，实现常见网格模型之间的数据交换，可支持CAE软件之间进行协同及相互验证等功能。
[0010]一种数值模拟前处理网格转换方法，依次包括以下步骤：A、提出了一种统一的网格模型；B、设计了可扩展的网格模型读写接口。
[0011]C、基于上述读写接口，派生出近10种不同类型网格模型的读写实例，实现了超过6种主流商业软件和自主软件数据传递；在所述步骤 A中，首先对典型商业、开源网格模型特点进行分析，提出了一种统一的网格模型，实现了网格数据以及部分模拟数据的集中管理和处理；其中网格模型包含两类数据内容：网格数据和仿真数据；其中网格数据包含节点、单元以及网格集合等；仿真数据主要指网格模型文件中包含的材料、载荷、边界条件等各类物理属性；在所述步骤 B中基于A中网格模型构建了读写接口，实现对底层网格数据的更新和获取。
[0012]在所述步骤C中对B中提出的读写接口进行了实例化。
[0013]针对不同类型网格模型，识别其文件格式、数据结构，获取网格相关信息，对网格信息中普遍存在的同类异构、单元退化、邻接关系差异等现象提供相应的解决方案。
[0014]所述方法的网格数据转换工具，，包括以下步骤：a、基于开源网格管理框架MOAB研发了一套网格数据转换工具，设计了多类商业和开源网格数据交换实例；b、网格模型文件导入时，识别网格文件类型，调用该类型网格文件导入实例。
[0015]c、网格模型文件导出时，识别网格文件类型，调用该类型网格文件导出实例，将数据库中存储的网格数据转化为该类型网格文件格式中的数据结构。
[0016]在所述步骤b中，在实例中首先判断网格文件的合法性，然后识别并读取网格文件的节点、单元、集合以及属性信息，将这些信息转化为底层数据模型的数据格式并存储在数据库中.在所述步骤c中，按照该类型网格文件格式要求输出到指定文件中。
附图说明
[0017]图1统一网格数据结构;
图2网格转换接口设计;图3网格实体句柄设计;图4实体句柄存储结构;图5网格转换流程图;图6功能类图。
实施方式
[0018]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加简明易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的说明。
[0019]1. 按照本专利技术的思路，设计并实现数值模型前处理中的网格转换技术，图5流程图展示具体的实施方式：a、基于开源网格管理框架MOAB研发了一套网格数据转换工具，设计了多类商业和开源网格数据交换实例。
[0020]b、网格模型文件导入时，识别网格文件类型，调用该类型网格文件导入实例，在实例中首先判断网格文件的合法性，然后识别并读取网格文件的节点、单元、集合以及属性信息，将这些信息转化为底层数据模型的数据格式并存储在数据库中。
[0021]c、网格模型文件导出时，识别网格文件类型，调用该类型网格文件导出实例，将数据库中存储的网格数据转化为该类型网格文件格式中的数据结构，并按照该类型网格文件格式要求输出到指定文件中。
[0022]一个前处理数据交换工具，实现了网格数据以及部分模拟数据的集中管理和处理，开发了NASTRAN、ABAQUS、ANSYS、VTK、PLOT3D、DYNA、FLUENT、CGNS等多类CAE软件网格数据交换实例，支持网格数据在商业、开源和自主数值模拟软件中高质量传递。工具有助于缓解商业、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数值模拟前处理网格转换方法，其特征在于，依次包括以下步骤：A、提出了一种统一的网格模型；B、设计了可扩展的网格模型读写接口。2.C、基于上述读写接口，派生出近10种不同类型网格模型的读写实例，实现了超过6种主流商业软件和自主软件数据传递；在所述步骤 A中，首先对典型商业、开源网格模型特点进行分析，提出了一种统一的网格模型，实现了网格数据以及部分模拟数据的集中管理和处理；其中网格模型包含两类数据内容：网格数据和仿真数据；其中网格数据包含节点、单元以及网格集合等；仿真数据主要指网格模型文件中包含的材料、载荷、边界条件等各类物理属性。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤 B中基于A中网格模型构建了读写接口，实现对底层网格数据的更新和获取。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于， 在所述步骤C中对B中提出的读写接口进行了实例化。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，针对不同类型网格模型，识别其文件格...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘敏娟，邓谷雨，肖永浩，谢志毅，李海峰，李纪锋，张惠琳，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院计算机应用研究所，
类型：发明
国别省市：