离散元工程计算软件前后处理系统

科学计算可视化(VisualizationinSclentificComputing)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丈量|教学论文网|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，分子生物学，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职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法已经被很多工程实践证实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：1．针对离散元发展国内外现状，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，而是采用了面向对象的设计方法，具有封装性，继续性，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。一2·根据离散元单元图可视化难点，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op即GL加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操纵，减少了大量求法线操纵，加快单元剖切操纵，减少了编程复杂性，提高了显示速度和效率。3．在后处理过程中，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opm沁L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，我们可以根掘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，并提出了相应的解诀方法。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先容，给下一步离散元司”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。第六章主要先容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
【论文提纲】：中文摘要4-6英文摘要6-8目录8-111绪论11-251．1问题提出与工程背景11-121．2离散元法的发展概况12-141．3科学计算可视化及离散元可视化的发展14-221．3．1科学计算可视化概念的提出及意义14-151．3．2科学计算可视化的发展15-171．3．3科学计算可视化在离散元数据场中的应用17-221．4本论文的内容与取得的成果22-252离散元基本原理先容25-302．1概述252．2离散元的模型和基本方程25-292．2．1两圆盘单元i、j间的位移、受力25-272．2．2弹簧系数的确定272．2．3破坏准则27-292．3离散元的计算机实施29-303离散元单元图可视化技术30-433．1概述303．2问题的提出30-333．3离散元加速方法33-413．4离散元单元划分方法41-434离散元单元等值线云图可视化技术43-684．1引言434．2散乱数据插值43-544．2．1插值方法概述43-464．2．2DSI方法论述46-544．3等值线算法实现54-604．3．1概述544．3．2等值线实现54-604．4云图的实现60-634．5剖切算法63-644．6视频的开发64-685离散元前后处理软件DEM的开发68-815．1概述68-695．2DEM的设计思想69-715．2．1面向对象的设计69-705．2．2基于Windows的编程70-715．3DEM简介71-735．4DEM基本功能73-775．4．1坐标变换73-745．4．2实体图和单元图745．4．3等值线的显示74-755．4．4单元集的色彩的标注755．4．5彩色云图的显示75-765．4．6单元选择765．4．7材料参数76-775．4．8文件保存775．4．9其它功能先容775．5离散元高级功能先容77-785．5．1球形颗粒随机排列775．5．2动画显示77-785．6离散元总体先容78-805．6．1离散元程序特点785．6．2离散元程序基本使用方法78-805．7结论80-816离散元可视化技术的应用举例81-956．1概述816．2算例分析81-946．2．1正交各向异性平板中的应力波传播816．2．2平面应力问题混凝土结构的破坏过程81-846．2．3二维弹性碰撞问题的数值模拟84-856，2．4穿甲的数值模拟85-916．2．5爆炸排淤数值模拟91-926．2．6冲击载荷下带孔平板内的应力波演化过程92-946．3总结94-957结论和展望95-97附录97-99参考文献99-105攻读博士学位期间完成的相关学术论文105-106本论文的创新点106-107致谢107