[发明专利]一种三维网格模型的构建方法及装置

说明书

本申请实施例提供一种三维网格模型的构建方法及装置，涉及岩土工程技术领域，解决了现有的三维网格模型的构建的方法费时费力，效率较低的问题。该三维网格模型的构建方法包括：建立初始实体模型；确定初始网格模型；对初始网格模型中的目标区域对应的网格单元进行实体化处理，以确定目标实体模型；对目标实体模型执行布尔运算；对第一子实体进行重新分区和第二次材料属性赋值；对第二子实体进行体网格划分，以得到重新划分体网格单元；对第一体网格单元进行重构，以得到重构体网格单元；将重新划分体网格单元和重构体网格单元的组合，确定为目标网格模型。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其涉及一种三维网格模型的构建方法及装置。

背景技术

三维连续介质数值仿真是当前大型岩土工程稳定性分析的主要手段之一，而高质量三维网格模型则是进行数值仿真的基础。

传统三维网格模型的构建方法可以概况为以下三种。方法一是依托点、线、面和体等四级图元建立复杂形状的几何实体模型，然后切分成相应的地质材料分区，而后再进行网格划分建立网格模型。这种建模方法，在地表形貌复杂、非连续面与复杂形状开挖体相交的情况下，会导致几何实体拓扑关系复杂，难以划分成出高质量的网格单元。此外，在非连续面产状变化较大需要更新的情况下，要评价其对开挖范围的岩土体力学响应的影响，需要从头开始重新建立几何实体模型再进行网格划分，工作量巨大，也面临网格模型质量不高的问题。方法二是对实体的面网格单元直接进行切分等布尔操作，而后再转换成体网格，这样会相对减少建模和网格剖分难度，但是对面网格模型向体网格模型转换过程中，对网格的自适应剖分和计算机能力要求较高。方法三是通过调整体网格单元节点坐标来实现网格模型在局部范围内的几何形态调整，但这样有可能会导致网格单元形状不满足连续介质计算力学计算要求，仅能小范围实施，难以做到网格模型几何形态的精细调整控制。

此外，还有两种基于单元切割的三维网格模型构建方法。一是三维有限元网格的面切割生成法，通过面切割初始网格模型，将主要地质构造(不连续面、地质界面等)反映在网格模型中，从而建立相对复杂的网格模型。这种方法本质上是将大型模型有由相对规则的大尺寸实体单元(如六面体、棱柱体)组合而成，而后用面切割这些大尺寸实体单元，形成较小的实体单元组合而成的实体模型，而后再依托这些较小的实体单元生成相同形状的网格单元。二是用于全级配混凝土细观力学网格划分的单元切割法。该方法先建立由规则六面体组成的背景网格单元模型，而后以球形实体对这些网格单元进行切割后再进行剖分。其实质是将被切割单元单独提取出来，通过计算球面切割规则六面体网格单元上产生新的节点坐标，再对被切割单元产生的实体上的节点进行重新组合生成新的网格单元。这一方法要求背景单元规则(六面体)，切割面的数学形式(球面)明确，这在基础网格单元形式复杂，切割面形态不规则的情况下，尚难以应用。

综上所述，现有的三维网格模型的构建的方法费时费力，效率较低。

发明内容

本申请提供一种三维网格模型的构建方法及装置，解决了现有的三维网格模型的构建的方法费时费力，效率较低的问题。

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

第一方面，提供一种三维网格模型的构建方法，包括：

基于点、线、面、体自下而上的建模方式，建立初始实体模型；

对初始实体模型进行网格剖分和第一次材料属性赋值，以得到初始网格模型；

对初始网格模型中的目标区域对应的网格单元进行实体化处理，以得到与网格单元一一对应的子实体组合，并基于子实体组合，确定目标实体模型；目标区域包括：非连续面区域、不良地质段或用户指定区域中的至少一个；

对包括目标区域的目标实体模型执行布尔运算；

对第一子实体进行重新分区和第二次材料属性赋值，以得到第二子实体；第一子实体归属于布尔运算影响区域；第一子实体为对目标实体模型执行布尔运算后，材料属性归零的子实体；