离散元工程计算软件前后处理系统论文.pdf

捅要摘要科学计算可视化(Visumization in puting)是20世纪80年代后期提出并发展起来的一个新的研究领域。近几年来,科学计算可视化又扩展到工程计算可视化及测量数据可视化。科学计算可视化具有多方面的意义,可以广泛应用在气象学, 石油勘探,计算流体力学,分予生物学,医学教育与医疗,有限元分析等领域。科学计算可视化技术在数值计算中的应用起着十分重要的作用,它不仅可以帮助工程技术人员通过直观的视觉工具快速而有效地从繁杂的计算数据中提出有意义的特征和结果,而且能通过视算一体化的途径改进和发展更有效的计算方法和策略。二维数据场可视化的技术发展比较成熟,目前已经在各种工程计算软件中得到广泛的应用。但是三维数据场的可视化方法由于三维物体的复杂性还很难满足工程应用的要求,目前仍处于探索阶段。科学计算可视化在离散元法中的应用尚不如人意。 70年代初Cundall等人首先提出离散元法的思想,80年代发展了包含前后处理的离散元程序,但图形简单:离散元法在我国的研究和应用起步较晚,但发展迅速。经过多年的发展,DEM法已经被许多工程实践证明是研究复杂材料力学性能的不可缺少的方法, 显示出它在研究非连续体问题的优越性。鉴于目前还没有一种有效的数值计算方法来对冲击载荷下脆性材料从连续体转变为非连续体的整个动态破坏过程进行仿真模拟,我们的主要研究工作就是尝试改良DEM法来完成这项工作。包括图形的制作和显示的前后处理系统一直是离散元法工程计算软件的一个薄弱的环节,本文对离散元可视化进行了较为深入的研究,并根据课题要求在Windows环境下开发出一套包括前后处理的离散元法工程计算软件系统。本论文的主要研究成果及创新点是: ,开发了离散元下工程计算软件前后处理系统。本系统不仅可以对离散元方法计算的数值结果进行可视化分析,而且可以对用其它计算方法计算的数值结果进行处理,扩大了该软件的通用性。该软件系统的设计没有采用以往的结构化程序设计方法,丽是采用了面向对象的设计方法,具有封装性,继承性,派生性等特点,并可以在不影响已有功能的情况下,继续改善或添加功能,避免重复性工作。利用本离散元前后处理系统,我们计算了大量的例题,如高速碰撞过程,爆炸排淤过程, 高速穿甲过程等等,考证了本程序的可靠性与实用性,为我们离散元计算分析提供了有力的工具。大连理工大学博士学位论文 ,结合目前各种国内外图形可视化加速方法特点, 我们采用新大加速方法进行单元加速,利用OpenGL力N速结合计算机图形学原理加快单元图形显示,通过对剖切单元表面的Stencil操作,减少了大量求法线操作,加快单元剖切操作,减少了编程复杂性,提高了显示速度和效率。 ,引进了DSI插值方法,改进了以往等值线插值,提高了算法速度和效率,满足了实时性要求,在扫描线算法的基础上,引进了OpenGL插值方法,改进了云图实现方法,提高了图形显示精度,在动画格式上,我们可以根据自己需要实现不同精度的不同压缩格式动画文件,提高了后处理显示应用场合,改变了以往动画格式单一的形式。为了叙述方便,各章节的内容安排如下: 第一章对工程计算领域中计算机图形可视化问题以及离散元发展进行了总结归纳, 使我们对目前可视化状况有一定了解,指出可视化技术在离散元法工程计算中的重要性。对离散元可视化中的重点,难点进行了分析,并提出了相应的解决方法。确定了本文的研究思路。第二章主要对离散元的基本原理和方法进行介绍,给下一步离散元可视化研究打下基础。第三章主要对离散元单元图可视化方法,重点,难点进行了分析。第四章主要对离散元等值线,云图的可视化方法进行了分析说明。第五章主要是在前两章研究的基础上,开发了离散元计算软件前后处理系统,提高了离散元的可视化和应用水平。第六章主要介绍和分析了利用我们的离散元软件得到的算例。第七章对全文工作进行了总结,并提出了需要进一步研究的内容和工作。本论文研究开发的离散元法工程计算软件的前后处理系统通过众多算例的分析,验证了其可用性和有效性,提高了离散元可视化功能和应用水平。关键词:离散元,科学可视化,等值线,云图,数值模拟 Abstract Visualization puting a new research field that proposed and developing on laterstage ofthe eighties ofthe 20th recent years,it expanded visualization inengineering calculation and has significance many aspects, widely used the