建筑结构模型的四边形网格生成算法

1、建筑结构模型的四边形网格生成算法Quadrilateral mesh generation algorithm ofbuilding structure modelCHEN Feibin, XIE Buying(College of Civil Eng., Tongji Univ., Shanghai 200092, China): To improve the efficiency of finite element analysis and calculation on building structure, a quadrilateral mesh generation algorith

2、m of building structure model is proposed. Firstly, the index information of structure model is quickly established using an improved binary search algorithm. Secondly, the boundary of the model is adjusted according to the generation principle of quadrilateral mesh. Lastly, the quadrilateral meshes

3、 are generated for the whole structure model by using the separated-region template method. The example shows that the algorithm can simplify the model according to the characteristics of the model in finite element analysis and calculation and shorten the computing time.?肚崭迦掌？:2009-07-17 修回日期：2009-

4、10-10基金项目 : 国家科技支持计划项目 (2008BAJ08B06)谢步瀛(1950 ),男，浙江上虞人，教授,博导,硕士 ,研究方向为土木工程计算机仿真 , (E-mail)0 引 言 随着计算机技术的发展和计算速度的不断加快 , 有限元分析 技术被广泛应用于工程设计和计算分析中 . 在建筑结构的受力分 析计算中 , 由于结构体系本身的复杂性 , 采用有限元分析计算较 为精确和可靠 . 利用有限元法解决工程实际问题一般包括前处 理、计算和后处理等 3 部分.其中前处理部分的工作量占整个分 析过程工作量的40%-50%,后处理过程占55%-60%,而计算只占

5、 5%左右.1 在前处理过程中 ,网格划分的好坏直接关系到计算结 果的精度及正确性 , 是有限元分析的关键步骤 .对结构体系进行有限元分析建模时 , 由于其原始模型单元数 量多、结构形式特殊、单元之间关系复杂 , 若以纯手工方式进行 网格划分 , 耗时巨大 , 并且容易出错 , 正确性得不到保证 .有限元网格生成的方法较多 , 但多数在以初始模型为独立区 域的前提下生成 , 多应用于机械、 水利和汽车工业等领域 . 针对建 筑结构体系模型的有限元网格生成算法较少 .针对建筑结构体系模型的特点 , 本文建立与模型相对应的关 系索引信息 , 并以模板法作为四边形网格生成方法 , 提出基于建 筑结构

6、模型的四边形网格自动生成算法 .1 问题描述1.1 基本概念和术语图 1 为某结构框架的部分模型 .图1某结构框架的部分模型 町?便于叙述,定义以下几个 术语.杆件:由2个节点构成的单元，图中EF,FG,GH和HI等均为杆 件单元 .板单元 : 由多个杆件闭合构成的单元 , 图中, , 为 3 个 完整的板单元 .板单元的边 : 由 1 个或多个杆件构成 , 杆件的节点在同一直 线上图1中,节点F到节点I为板单元的1条边,它由FG,GH 和HI 3个杆件组成，节点F到节点J也为板单元的1条边,它 由杆件FJ组成.公共杆件 :2 个或多个板单元共享的杆件 . 图 1 中的杆件 HI 为板单元和的

7、公共杆件，杆件FG为板单元和的公共杆 件.自由杆件:专属于1个板单元的杆件.如图1中的杆件JF和JK等.1.2 建筑结构体系的特点图 2 为某框架剪力墙初始结构模型 .图2某框架剪力墙初始结构模型？"赏?1和2可知,建筑结 构具有以下特点 :(1) 由于结构设计要求 , 结构中存在大量梁、 柱、墙和板等结 构单元 , 在网格划分时 , 可将梁柱单元简化成杆件 , 墙板单元则简 化成由杆件构成的板单元 .(2) 进行网格划分的原始单元多为规则四边形单元 , 属于二 维问题 .(3) 板单元和杆件单元之间关系复杂 ,1 个板单元由多个杆件 单元组成 . 由于板单元之间存在公共杆件 ,1

8、个杆件单元可属于 1 个或多个板单元 .1.3 四边形有限元网格划分的基本原则(1) 基于有限元计算精度考虑 , 要求划分后单个网格的边长 尽可能接近某个人工给定的初始长度 , 文中令其为 max_L.(2) 由于有限元网格相容性要求 , 为确保相邻板单元中的网 格能够正确连接 , 必须保证相邻板单元的公共杆件有相同的节点 划分形式 .2(3) 对 1个板单元进行纯四边形网格划分时 , 离散后的边界 节点划分总数必须是偶数 .3-42 算法描述整体算法过程如下 :(1) 建立板单元和杆件单元索引信息 ;(2) 对每个杆件单元划分节点 , 杆件单元节点划分数 =杆件长 度 /Max_L-1. 并根据板单元与杆件单元的关系计算板单元的节点 划分总数 ;(3) 调整所有板单元的节点划分总数 , 使之满足要求 ;(4) 每个板单元内部进行四边形网格