[发明专利]电气设备仿真二维电热场分析模型的网格生成方法和系统

说明书

电气设备仿真二维电热场分析模型的网格生成方法和系统，所述方法包括：对初始二维电热场分析STL几何模型进行几何边界识别，基于识别得到的几何边界建立符号距离函数；基于符号距离函数在所述几何边界上产点并得到新生成的所有边界单元，完成几何边界的网格划分；在新生成的所有边界单元基础上，采用基于符号距离函数的内法向前沿推进算法进行几何内部的网格划分，完成网格生成。实现了全自动网格剖分，提高了网格剖分的自动化程度，减少了网格剖分所消耗的时间，提升了算法的应用范围和便利性。

技术领域

本发明属于电气设备仿真技术领域，涉及电气设备仿真二维电热场分析模型的新型网格生成方法和系统。

背景技术

有限元或有限体积法是电气设备仿真二维电热场分析常用的数值计算方法，该法可实现对仿真对象的状态预测以及结构优化等功能，广泛用于各行各业，带来了难以估量的经济价值。但无论是有限元法还是有限体积法在一开始均需要对电气设备仿真二维电热场分析几何模型进行离散，也就是对几何模型进行网格划分。

参数化几何模型具有更加准确详尽的几何描述信息，常用的网格划分方法也多围绕参数化几何模型展开，现有商业仿真软件也仅支持由以NURBS为核心的不同参数化几何模型。参数化几何模型一般通过CAD软件，如三维绘图软件Solidworks得到，且不同CAD软件所构建的参数化几何模型几何描述仍有不同，这也是如ANSYS等商业软件需要开发不同CAD几何接口的原因。而对于更为通用的非参数化几何模型，如STL(stereolithography)几何模型，现有的网格剖分算法和商业软件无法直接划分网格。

然而现有的网格划分方法，包括商业软件ANSYS Mesh等，无法对STL文件直接进行网格划分，其原因在于STL本身包含的几何信息较少，仅包含多个杂乱无序的三角形面及其法向，无法像NURBS等参数化模型那样准确提供几何边界信息和几何体信息。现有的前沿推进方法也必须要求人工指定几何边界，并规定外边界为逆时针方向，内边界为顺时针方向，自动化程度低，使用不便。常见的划分STL几何网格的解决方法是在非参数化模型各个离散面的基础上进一步划分网格，然而此种方法会保留初始所有STL模型所有的点，难以控制节点密度且最终形成的网格质量极差。非参数几何模型的网格划分难度要远大于参数化模型。无法满足如变压器套管伞裙、绝缘子等具备复杂曲线的电气设备仿真二维电热场分析数值仿真模拟计算的要求。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供电气设备仿真二维电热场分析模型的新型网格生成方法和系统，对如变压器套管伞裙、绝缘子等具备复杂曲线的电气设备仿真二维电热场分析STL几何模型进行几何特征识别，将几何模型中的特征边、面等关键信息识别出来，得到原有STL几何模型的所有边界信息；根据识别出的几何特征信息，通过符号距离函数重新构建新的几何描述模型，而非继续采用离散单元形式来描述几何；基于新的几何描述模型，结合参数化模型网格划分算法(即内法向前沿推进算法)，对其进行网格划分，完成网格生成。

本发明具体采用如下的技术方案。

电气设备仿真二维电热场分析模型的网格生成方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、对初始电气设备仿真二维电热场分析STL几何模型进行几何边界识别，基于识别得到的几何边界建立符号距离函数；

步骤2、基于符号距离函数在所述几何边界上产点并得到新生成的所有边界单元，完成几何边界的网格划分；

步骤3、在新生成的所有边界单元基础上，采用基于符号距离函数的内法向前沿推进算法进行几何内部的网格划分，完成网格生成。

优选地，步骤1中，识别初始电气设备仿真二维电热场分析STL几何模型的所有几何边界，并去除重复的边界，找到处于边界的边单元，得到由几何边界组成的边界单元集，然后通过该边界单元集建立符号距离函数。

优选地，所述符号距离函数fd(x)为：