一种基于网格变形方法的管路结构高效建模方法与流程

本发明属于海上船舶建造及设计领域，具体涉及一种基于网格变形方法的管路结构高效建模方法。

背景技术：

1、随着船舶管道系统规模的不断扩大，传统的管路结构建模方法已无法满足实时优化与高效计算的需求。传统方法需要每次修改管路模型时重新划分网格，计算复杂度高且效率低下。因此，需要一种高效、灵活的管路结构建模方法，能够避免重新划分网格，同时实现高精度的模型变形和优化。

2、为了避免网格重构的缺点，相对简便快速的网格变形技术越来越受到研究人员的青睐。网格变形是一种能够直接在模型上修改网格的技术，它是一种在不改变网格拓扑结构的情况下，允许产生一定变形的模型修改方法。一般来说，任何网格变形都会导致网格质量的降低，因此，需要将此种负面影响降到最低，同时允许对网格模型进行特定的修改。这要求不同模型不同程度的网格变形必须要有对应能够满足其网格质量的变形方法。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种基于网格变形方法的管路结构高效建模方法，旨在达到在不改变网格拓扑结构的情况下，快速调整管道的几何形状，以提高计算效率和优化管道性能的目的，其所采用的技术方案如下：

2、一种基于网格变形方法的管路结构高效建模方法，具体操作过程如下：

3、s1：创建管路几何模型。

4、s2：进行网格划分，生成初步网格。

5、s3：定义控制体和控制点，确定网格变形区域。

6、s4：使用自由变形ffd方法进行局部网格变形，rbf方法进行全局网格变形。

7、s5：性能仿真分析。

8、将变形后的管道模型导入数值仿真软件，进行流体流动、气动性能、结构强度等方面的分析，计算变形后的管道在不同工况下的表现。

9、s6：结合优化算法对管道的设计进行多目标优化。

10、s7：根据仿真分析和优化结果，评估管道模型在变形后的性能，如果某些部位性能不符合设计要求，则对控制点位置进行进一步调整。

11、s8：最终输出结果。

12、上述一种基于网格变形方法的管路结构高效建模方法，更进一步地，步骤s4中，使用自由变形ffd方法，在管道模型周围定义一个包围控制体，选择控制体的边界和内部控制点分布，控制点覆盖管道的关键部位。

13、上述一种基于网格变形方法的管路结构高效建模方法，更进一步地，控制体是一个三维立方体或多面体。

14、上述一种基于网格变形方法的管路结构高效建模方法，更进一步地，关键部位包括弯头、接头、管道的变形敏感区域。

15、上述一种基于网格变形方法的管路结构高效建模方法，更进一步地，步骤s5中，数值仿真软件为cfd或fea。

16、上述一种基于网格变形方法的管路结构高效建模方法，更进一步地，步骤s5中，变形后的管道在不同工况下的表现包括流速、压力损失、热膨胀影响。

17、上述一种基于网格变形方法的管路结构高效建模方法，更进一步地，步骤s6中，优化目标包括减小流体阻力、提高流速、增加结构强度、减少材料消耗。

18、本发明基于网格变形的管路结构建模方法，提供了一种高效、灵活的工具来应对管道结构设计和优化中的挑战。通过避免网格重构，能够显著提高设计效率，并通过优化算法进一步提升管道系统的性能，具有广泛的应用前景。

19、避免了每次修改后重新进行网格划分的繁琐过程，显著提高计算效率，特别是在复杂管道系统的建模和优化过程中。通过直接修改网格模型，减少了重建过程中的人工干预，节省了设计和计算的时间，降低了成本。对管道的特定部位或整个管道进行灵活的几何调整，能够满足不同工况下的设计需求。

20、本发明的有益效果如下：

21、1.高效迭代优势：采用网格变形技术替代网格重构，仅更新网格坐标而不改变拓扑结构，大幅降低大规模管路模型的计算成本与时间消耗，实现形状快速调整与优化迭代。

22、2.参数化设计优势：结合自由变形（ffd）与径向基函数（rbf）插值，实现管路形状参数化控制，便于开展形状与部件敏感性分析，适配复杂多变的船舶管路设计需求。

23、3.精度保障优势：不破坏原始网格拓扑，避免网格重构误差，保障cfd与fem数值模拟的计算精度与稳定性，为管路性能优化提供可靠支撑。

24、4.工程适配优势：可无缝集成于现有船舶管路设计流程，无需额外重构网格体系，在提升建模效率的同时优化管道水力与结构性能，适用于高密度管路系统的快速设计。

1.一种基于网格变形方法的管路结构高效建模方法，其特征在于，具体操作过程如下：

2.根据权利要求1所述的一种基于网格变形方法的管路结构高效建模方法，其特征在于，步骤s4中，使用自由变形ffd方法，在管道模型周围定义一个包围控制体，选择控制体的边界和内部控制点分布，控制点覆盖管道的关键部位。

3.根据权利要求2所述的一种基于网格变形方法的管路结构高效建模方法，其特征在于，控制体是一个三维立方体或多面体。

4.根据权利要求2所述的一种基于网格变形方法的管路结构高效建模方法，其特征在于，关键部位包括弯头、接头、管道的变形敏感区域。

5.根据权利要求1所述的一种基于网格变形方法的管路结构高效建模方法，其特征在于，步骤s5中，数值仿真软件为cfd或fea。

6.根据权利要求1所述的一种基于网格变形方法的管路结构高效建模方法，其特征在于，步骤s5中，变形后的管道在不同工况下的表现包括流速、压力损失、热膨胀影响。

7.根据权利要求1所述的一种基于网格变形方法的管路结构高效建模方法，其特征在于，步骤s6中，优化目标包括减小流体阻力、提高流速、增加结构强度、减少材料消耗。