组独有边界单元面的无厚度3节点衬砌单元智能构建方法

摘要

本发明公开了一种组独有边界单元面的无厚度3节点衬砌单元智能构建方法，可实现任意形状衬砌单元的构建，亦可实现分组建立衬砌单元，在建立数值模型过程时，不需要考虑衬砌单元的构建；衬砌构建所需时间少，特别是构建复杂结构的衬砌单元时，效率高，精确性强；本发明针对岩土工程领域中数值模拟分析模型中单元间的拓扑关系，得出单元面间的拓扑关系，然后搜索出模型中每个或若干材料组的独自边界单元面，进而实现了数值模型衬砌单元的构建。

主权项

一种组独有边界单元面的无厚度3节点衬砌单元智能构建方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、根据分步开挖和分步浇筑的规则构建三维地质模型，对所述三维地质模型进行有网格剖分建立数值模型，对数值模型信息进行检索，建立数值模型信息库，所述数值模型信息包括：节点信息、单元信息和材料组信息，所述节点信息包括节点编号和坐标；所述单元信息包括单元编号、单元类型和单元包含的节点编号；所述材料组信息包括材料组编号和每个材料组包含的单元编号，所述节点编号均为8个，所述单元类型包括6面体单元、5面体锥形单元、5面体棱柱形单元或4面体单元，其中，节点排列符合右手坐标系；2)、按单元体拆分规则将需要建立衬砌单元的材料组边界单元拆分为不重复编号单元面，所述单元面的信息包括单元面编号、单元面类型、节点编号顺序和拓扑关系，所述单元面类型为4节点单元面或3节点单元面，其中，6面体单元拆分为6个4节点单元面，5面体锥形单元拆分为1个4节点单元面和4个3节点单元面，5面体棱柱形单元拆分为3个4节点单元面和2个3节点单元面，4面体单元拆分为4个3节点单元面，初始化拆分所得单元面的拓扑类型为材料组内部单元面，建立单元面信息面板，将单元面信息面板与数值模型信息库联接起来；3)、遍历需要建立衬砌单元的所有材料组，对每个材料组中的全部单元面进行一次单元拓扑关系检索，将每个材料组的全部单元面分为face_total1个组内部单元面和face_total2个组边界单元面；再次遍历需要建立衬砌单元的所有材料组，对每个材料组face_total2个组边界单元面进行二次单元拓扑关系检索，将每个材料组face_total2个组边界单元面分为face_total3个组独有边界单元面和face_total4个组相接边界单元面，其中，对每个材料组的单元面进行一次单元拓扑关系检索时，依次对每个材料组的全部单元面进行循环判断，若在材料组内不存在与该单元面相同和部分相同的单元面，则该单元面为组边界单元面，更新该单元面的拓扑关系为组边界单元面，遍历需要建立衬砌单元的所有材料组，则每个材料组的全部单元面被分为face_total1个内部单元面和face_total2组边界单元面，对每个材料组的face_total2个组边界单元面进行二次单元拓扑关系检索时，依次对face_total2个组边界单元面进行判断，若其他材料组中不存在与该组边界单元面相同和部分相同的组边界单元面，则此组边界单元面属于该组所独有，更新该组边界单元面的拓扑关系为组独有边界单元面，并将所有需要建立衬砌单元的材料组中单元面拓扑关系为组边界单元面的单元面拓扑关系更新为组相接单元面，遍历需要建立衬砌单元的所有材料组，将每个组中的face_total2个组边界单元面分为face_total3个组独有边界单元面和face_total4个组相接边界单元面，单元面相同的类型包括4节点单元面与4节点单元面相同和3节点单元面与3节点单元面相同，单元面部分相同的类型包括4节点单元面与3节点单元面部分相同；4)、遍历需要建立衬砌单元的所有材料组，根据数值模型信息库对每个材料组face_total3个组独有边界单元面类型及节点排列顺序进行检索，若该材料组独有边界单元面类型为4节点单元面，则将此4节点单元面拆分为2个3节点单元面，并利用这2个3节点单元面的信息建立无厚度3节点衬砌单元，若该材料组独有边界单元面为3节点单元面，则直接根据此3节点单元面信息建立无厚度3节点衬砌单元，遍历所有需要建立衬砌单元的材料组即可实现衬砌单元的智能构建。