一种核模拟分析中耦合样条曲面与解析曲面的蒙特卡罗几何处理方法

摘要

本发明公开了一种核模拟分析中耦合样条曲面与解析曲面的蒙特卡罗几何处理方法。在进行反应堆厂房或者聚变堆蒙特卡罗粒子输运计算时，由于几何模型中存在复杂的样条曲面，传统的蒙特卡罗程序无法处理，需要对模型进行简化。本发明对CAD模型中几何体的曲面进行分类处理，解析曲面使用代数方程描述，样条曲面使用参数方程描述，实现了蒙特卡罗程序对任意曲面的几何处理，同时利用样条曲面参数方程的有限空间包围盒，对含有样条曲面的几何处理进行加速。本发明相比于只用代数方程的蒙特卡罗解析曲面几何处理方法，不对原始几何模型做任何简化，保证了模型的计算精度；相比于只用参数方程的蒙特卡罗样条曲面几何处理方法，提升了计算的效率。

主权项

一种核模拟分析中耦合样条曲面与解析曲面的蒙特卡罗几何处理方法，其特征在于：在进行反应堆厂房或者聚变堆蒙特卡罗粒子输运计算时，由于几何模型中存在复杂的样条曲面，传统的蒙特卡罗程序无法处理，需要对模型进行简化，该方法对CAD模型中几何体的曲面进行分类处理，解析曲面使用代数方程描述，样条曲面使用参数方程描述，实现了蒙特卡罗程序对任意曲面的几何处理，同时利用样条曲面参数方程的有限空间包围盒，对含有样条曲面的几何处理进行加速，具体包括以下步骤：步骤(1)、识别CAD模型中的样条曲面：遍历反应堆厂房或者聚变堆几何模型中CAD模型中的所有几何体，对于任一几何体，根据其拓扑结构获取组成该几何体的所有曲面，然后判断每个曲面的类型，如果曲面的类型不属于解析曲面，解析曲面为平面、球面、圆柱面、圆锥面、圆环面或二次曲面，则将其标记为样条曲面并记录；步骤(2)、转换CAD模型生成蒙特卡罗计算模型：转换CAD模型中的所有几何体，使用组合实体表示法(Construct Solid Geometry，CSG)来描述，即使用曲面及曲面之间的布尔运算，当曲面类型为解析曲面时，以面方程的形式表示，记录下解析曲面的类型以及对应的参数，而当曲面类型为样条曲面时，记录下该样条曲面对应的所有几何体以及在对应几何体拓扑结构面列表中的序号；步骤(3)、耦合样条曲面与解析曲面的蒙特卡罗计算模型几何处理：进行蒙特卡罗粒子输运时，需要计算粒子沿射线方向到几何体的每个曲面的距离，从而获得粒子沿射线方向到几何体边界的最短距离；遍历几何体中的所有曲面，如果是解析曲面，则直接使用射线与面方程进行求交运算，如果是样条曲面，则根据步骤(2)中的序号找到该样条曲面在对应几何体拓扑结构面列表中的位置，然后利用CAD底层库函数获取到该样条曲面，并利用牛顿迭代法进行求解粒子轨迹与样条曲面的交点，据此求解出粒子沿射线方向到样条曲面的距离。