王德清[1]2008年在《基于OpenGL的有限元分析数据可视化系统开发》文中提出科学计算可视化是指涉及计算机图形学、数字图像处理和其他多种学科领域,将科学与工程计算过程及计算结果转换为图形及图像在屏幕上显示,并与之进行交互处理的理论和方法。有限元分析数据可视化是科学计算可视化中最具有挑战性的研究热点之一。有限元分析数据包括两种:单元数据和节点数据,例如位移、速度一般都是离散在节点上,因此属于节点数据,应力、应变一般都是离散在单元内,因此属于单元数据。这些数据都是建立在有限元网格的基础之上,它们都和邻近的节点或单元存在一定的联系。获取有限元分析数据是进行可视化的第一步。不同的有限元分析软件有不同的数据输出格式,目前还没有统一的标准。本文采用Deform分析数据进行可视化,因此主要讲述Deform软件的数据预处理。显示网格并构建数据场的结构是整个数据场可视化的第一步,在有限元数据场可视化中,网格是各种数据量的载体,只有先显示网格,然后在其基础上才能进行各种可视化的操作。数据场显示中,无论是只显示网格还是要进行渲染,都必须进行消隐处理,目的是便于检查剖分情形及显示计算结果,使绘出的网格图具有较强的立体感。对于二维标量数据,主要采用等值线和云图进行描述。等值线绘制是标量数据可视化的主要技术,它通过提取网格数据中某物理量某一数值点的连续分布图形来反映数据之间的某些特性。云图也是一种广泛采用的可视化技术,它将模型表面上某一分析值范围之间的区域用相应的颜色进行填充,进而可以观察某一范围内的值在模型表面的分布情况,它是检查、分析计算结果的一种非常有效的工具,具有直观、漂亮等优点。本文在对科学计算可视化技术进行分析研究的基础上,将它们应用于有限元分析数据的分析处理之中。结合在有限元分析数据中,物理量大多是标量,并且部分矢量可以转化为标量显示的特点,本文对标量可视化技术进行了研究,重点叙述了等值线和云图显示的原理、算法,最后介绍了可视化系统的开发,实现了可视化系统的界面显示和其中的部分功能。本文着力进行有限元分析数据的可视化系统开发,把庞大的数据转化为图形输出,便于工程人员分析,从而提高分析效率,也有利于工程设计人员发现其中的隐含问题,为优化设计提供有效的工具和手段。本文是进行可视化系统开发的基础工作,相信在此基础上继续努力一定会开发出一套成功的可视化系统,给社会带来巨大的收益。
李建波[2]2003年在《有限元可视化算法的研究与程序开发》文中指出有限单元法是分析各类物理场特征量分布规律的重要科学计算手段，广泛应用于土木、机械、造船和航空航天等工程技术领域。而同时，科学计算可视化以其能将繁杂的计算数据转换为生动的几何图形或图像信息的形式表达出来，并便于进行人机交互处理的优势，也日益成为发现和理解科学计算过程中各种现象的有力工具。两者相结合，使有限元分析系统具备完善的前后可视化处理功能，成为其保持强大生命力的主要因素之一，尤其可视化技术在有限元交互式建模(前处理)及直观显示数据场分布状况(后处理)等方面有着不可替代的作用。 在系统分析传统可视化方法的基础上，适应有限元数值模型的特点，本文研究并提出了整套简洁精确的“母单元绘制”算法。以有限单元法可视化后处理实用技术开发为目的，编制了相应的VC++算法程序，新算法各组成部分的具体实现于文中均得到详实地描述，基本能满足以力学分析为主的有限元法在可视化图形、图像处理中遇到的各种需要，并且以实例的形式很好地证明了新算法极高的精度、良好的适宜性和扩展性。 新算法适于基于不同单元插值形式的各类有限元模型，图形绘制过程完全符合单元本身的插值特性，改变了传统法从计算机图形学的角度出发，不能考虑有限元模型自身特点而仅能全部近似离散为叁角形线性插值场进行分析的做法，实现了可视化绘制过程与有限元分析等精度的目的，同时也说明只要能构造出数据场合理的插值形式，均可扩展本文方法用可视化的手段来描绘数据场的分布规律，使得研究人员能快速准确地把握模型中特征量的客观分布，及时为进一步工程设计提供可靠的数值分析依据。 进而，算法程序基于流行的计算机软件开发模型，以Visual C++6.0为工具，采用面向对象的程序设计方法。从整体的软件设计思想，混合编程，到具体的编程风格及各部分程序关节点的实现，本文都提供了详细论述。编制的程序执行效率较高，可读性强，同时也易于维护管理和功能扩充。文中相关研究内容与成果可大致分为叁个主要部分： 1．总结了有限单元法实现的基本过程及有限元模型发展的主要分支，给出了其各自不同的数据场插值形式，并就相关的软件工程设计思想、VC++与Fortran混合编程和面向对象程序设计方法进行了描述。本部分构成了母单元绘制思想和相应算法程序开发的理论基础。 2．由计算机图形学的角度，结合本文算法程序的实现，讨论了从叁维实体有限元模型到二维屏幕视图显示的影射变换全过程，并给出了主要的图形几何变换操作的具体算法，如平移、缩放、旋转等，同时，详细探讨并解决了可视化程序开发过程中遇到的数个关键问题。本部分提供了母单元绘制算法程序实现的基本图形绘制手段。 3．改进了叁维画家消隐算法，并在总结“母单元云图绘制算法”的基础上，将其思想扩充至叁维实体有限元模型后处理的各个部分，包括变位云图、高斯应力云图，叁维场切片、层片／表面云图，等值线／叁维等值面绘制、动态云图等。以上基本覆盖了有限元叁维标量数据场前后处理中所能遇到的各类图像处理核心问题。本部分针对可视化处理各核心部分按照“母单元绘制思想”分别给出了具体实现算法。
孙继军[3]2004年在《有限元的可视化开发》文中提出有限元法是工程科学、计算方法和计算机技术相结合的产物。由于其在处理复杂区域边界问题的灵活性,有限元法已经成为一种非常有效的工程中的数值分析方法。 本文从工程科学中的平面有限元法的数学模型出发,介绍了有限元的基本内容、基本理论和方法,并且深入探讨了叁角形和四边形的等参元,四结点的等参元的形函数及其单元刚度矩阵和总刚度矩阵的形成。 讨论了平面有限元的处理的可视化问题,并利用VC++面向对象的程序设计语言给出了可视化的前处理图形平台的开发和基本的图形系统的开发。并介绍了面向对象编程的特点的优势。 最后以一个例子来演示软件的开发成果。 主要成果: 1、在叁角形单元分析中采用面积坐标,在四边形单元分析中使用等参变换,可以减少运算的复杂度,使计算过程标准化:采用高次插值的形函数能大大提高有限元求解的精度,通过较少的网格剖分就可达到理想的效果。 2、基本上完成了软件的开发和应用。
方锦秀[4]2005年在《基于GIS的可视化查询系统研究》文中研究指明随着计算机运用的推广,软件技术也开始飞速发展。今天,地理信息系统不再作为一个单独的应用领域,而是与其它技术学科结合,被广泛运用于土地管理、交通、水利、航空等行业,在国民经济建设中发挥重要的作用。水利的主要责任之一是防洪防旱防风,其主要任务是数据采集、整理入库、洪水预报、防洪调度、台风路线、灾情评估、管理工作等,将各种海量数据寄托于地理信息系统,通过GIS对各种数据进行分析,并能与数值模型计算相结合,使模型计算的结果能更形象直观地表达。 本文在系统分析GIS技术的基础上,应用专业的GIS工具软件MapInfo及二次开发技术,实现GIS的基本功能,并以可视化开发工具Visual Basic6.0为开发平台,调用控件MapX进行二者的集成,建立了可视化分析模型,编制了相应的程序,开发研制了实用型的可视化系统,包括基于GIS的渗流有限元分析结果可视化查询系统和拱坝优化设计可视化查询系统。从图形矢量化到矢量图形库,在矢量图形库分层管理的基础上实现空间分析和查询,开发了GIS的静态的查询、检索数据功能。采用Access软件管理属性数据,通过数据绑定将Access中的属性数据与矢量化的图形数据结合起来,用户只需点击图形中的所需部分即可查询到相关的属性数据,对其进行分析和结果输出等。
尤志祥[5]2009年在《基于OpenGL的交互式有限元后处理可视化程序开发》文中进行了进一步梳理科学计算可视化涉及计算机图形学、数字图像处理和其他多种学科领域,将科学与工程计算过程及计算结果转换为图形及图像在屏幕上显示,并与之进行交互处理。对于特定物理模型开展科学计算,常产生大量的输出数据,而如何有效地处理这些数据,从中提取出所需要的关键信息,并形象、直观地显示,是实现对物理模型有效理解和正确分析的关键问题之一,图形可视化是解决这一问题的主要手段。本文在对科学计算可视化技术进行分析研究的基础上,将其应用于有限元分析标量数据的分析处理之中,实现了对计算数据准确、清晰的交互式可控制图像处理。首先讨论了本研究所用到的计算机图形学基本理论,为后续的研究提供了坚实的理论基础;分析了本文开发的可视化系统用到的基本工具,包括面向对象技术;建立了MFC和OpenGL的系统框架,为随后的程序编写提供理论支持。其二,针对二维标量数据,主要采用等值线和等值云图来描述。在分析各类等值线和等值云图算法的基础上,选择合适的算法,利用OpenGL开发出二维有限元数据后处理程序,并与商业软件Tecplot绘制结果进行分析比较,二者显示效果近似;将线性插值法和等值线填充法相比较,前者所得图形更能够准确的反映标量场的变化。其叁,针对叁维标量数据,在计算机图形学基础之上,研究了各种消隐算法,并选择Z-buffer测试法,利用OpenGL的渲染功能,独立开发了一套有限元后处理叁维可视化程序,实现叁维模型表面等值云图绘制。第四,利用VC++和OpenGL搭建了有限元后处理可视化系统,实现了对可视化图形处理与分析的控制,设计了良好的用户界面,完善了人机交互功能,用户能轻松方便的使用本可视化系统;本研究工作所编写的科学计算后处理程序不仅具有高计算效率、高的显示精度、良好的人机交互界面,而且由于掌握源代码,而具有良好的可发展性和可移植性。
陈伟[6]2016年在《结构分析的GPU异构平台前后处理研究》文中研究指明随着计算机硬件的发展,计算机图形处理器GPU的并行计算能力和浮点运算能力得到人们的重视,基于GPU异构平台的有限元分析程序也得到系统应用,但是目前针对基于GPU异构平台的有限元分析程序并没有一个较好的前处理部分和后处理部分。针对异构平台有限元分析程序的前处理部分,本文通过编写数据提取程序以实现快速建模;针对后处理部分,本文建立基于GPU异构平台有限元程序的可视化系统,并实现基于GPU异构平台有限元程序的可视化处理。本文将从如下几个方面进行研究:基于GPU异构平台有限元程序前处理的研究:为实现快速建模,本文应用Python语言编写程序,从ABAQUS的模型文件INP文件中提取有限元模型所需的节点信息、单元信息、材料信息、截面信息、配筋信息、质量信息、荷载信息以及边界信息,从而将提取到的数据传输到GPU的显存中,在GPU中调用计算模块,实现对模型进行数值分析计算。本文通过对实际算例的提取并成功用于有限元分析算法进行计算,验证了模型数据提取的正确性。基于GPU异构平台有限元程序可视化系统的建立:本文针对基于GPU异构平台有限元分析数据的显示要求,利用Python具有面向对象的特性,结合其GUI工具库wx Python,建立了一套具有良好人机交互功能的可视化系统。为了方便实现对模型的查看,在可视化系统中加入对模型进行平移、旋转和缩放的操作功能。在该系统中利用Open GL图形编程接口和Python的2D图形库实现对有限元数据的模拟,建立基于异构平台的可视化系统。基于GPU异构平台有限元程序可视化方法的研究:在本文的有限元计算结果可视化中,将利用Open GL开发出数据后处理程序,研究分析等值线和云图的算法和原理,并实现网格模型图绘制、变形图绘制、等值线绘制以及云图绘制;针对有限元分析结果的指标参数,使用Python的2D图形库Matplotlib,通过调用numpy进行数组运算,从而实现指标参数的线图绘制。将本文建立的可视化方法与成熟商业软件进行对比,表明本文建立的基于异构平台后处理可视化方法具有良好的效果。
苏君[7]2002年在《面向可视化的温度场有限元分析建模原理、方法及实现技术研究》文中研究指明有限元分析方法是当前计算机辅助工程中应用最为广泛的技术。同时，温度的变化会引发许多问题，温度与人们的日常生产和生活息息相关，利用数值计算方法实现温度场的数值分析模拟对优化设计和安全生产具有重大的指导意义。本文将有限元分析方法应用于温度场问题的分析求解中，并结合现代有限元软件技术，初步开发建立了一个符合我国国情的、具有良好用户界面、强大的可视化功能和一定的通用性、可扩充性及可维护性的面向可视化的温度场有限元分析系统。同时结合工程实例分析对系统进行测试评定，结果良好。 第一章，介绍了有限元分析方法在温度场分析中的应用原理，简述了现代有限元软件的几个关键技术，指出了可视化技术应用于温度场有限元分析中的重要意义和不足，分析了国内外有限元分析方法和软件的发展应用现状和趋势，并在此基础上阐述了本文的研究意义和主要内容。 第二章，从面向可视化的角度出发，对温度场有限元分析系统进行整体功能分析、概要设计和详细设计，在此基础上确定了整个系统的框架结构，分析确定了适合我国国情的软件开发环境，并简要阐述了技术实现思路。 第叁章，主要在对温度场有限元分析系统的物理建模过程进行理论分析和归纳的基础上，提取出系统通用的物理建模信息，确定其数据结构，并通过可视化交互界面实现建模过程和建模结果的可视化，设计并实现了对建模结果数据的无冗余存储和数据之间的关联机制。 第四章，阐述了为温度场有限元分析系统开发可视化用户界面的必要性和重要性，分析确定了系统可视化用户界面的设计原则，对系统的可视化用户界面进行了详细设计和实现，最后描述了温度场有限元分析系统可视化用户界面的具体构成。 第五章，阐述了可视化技术在有限元分析系统中所处的重要地位，给出了温度场有限元分析系统可视化的内容和主要功能，并对其分别进行了实现。 第六章，阐述了系统的整体功能和特点，并将其应用于实际工程分析中，证明了系统的有效性和可靠性。 最后，对本文的研究工作进行了总结与展望。
黄祥声[8]2008年在《起重机金属结构故障可视化技术研究》文中提出起重机金属结构的安全管理是起重机管理工作最为重要的内容,从以往的事故中可以看出,起重机金属结构常见的故障形式是裂纹。现阶段解决金属结构安全管理问题的主要思路是,根据对结构的应力、应变及典型部位的强度分析,对裂纹的扩展寿命和结构件的巡检部位和巡检周期进行研究,从而为设备管理提供依据和具体的管理方法。目前大多数企业采用的方法对现场维护人员的技术要求很高,实际推广存在一定的难度。为此,本文运用了一种更为直观、更为便捷的可视化技术手段,来降低实际应用的技术门槛,使起重机金属结构的管理工作和技术更方便快捷地在港口、铁路等企业得到运行和推广。首先,本文介绍了现场对起重机金属结构进行应力检测得到原始应力数据的方案、过程,总结了如何运用Miner线性累积损伤理论对起重机构件的疲劳裂纹萌生寿命进行评估计算,以及运用断裂力学和损伤容限设计理论计算出裂纹的扩展寿命,并以此为根据制定出裂纹巡检方案。其次,本文对参数化有限元分析技术在起重机金属结构分析中的应用进行了研究,探讨了通过可视化管理系统界面,输入不同的参数实现相同系列机型、不同载荷工况的分析的方法,以避免ANSYS分析过程中建模、加载的重复工作,节省大量的人力、物力。最后,本文介绍了可视化技术的发展现状和应用前景,以疲劳断裂力学和损伤容限设计为理论基础,结合参数化有限元分析技术,运用面向对象的可视化软件Visual Basic 6.0开发了“起重机金属结构故障可视化管理系统”。以所建立的可视化管理平台为依托,对某龙门起重机进行参数化建模、分析;利用检测得到的数据对该机进行了疲劳裂纹萌生、扩展寿命的计算,将计算过程及结果进行可视化处理;并对主梁下翼缘板中心穿透型裂纹进行了扩展模拟。在可视化管理系统的具体应用过程中,用户所要做的是简单的点击按钮,并根据提示输入参数,不需要掌握非常高的理论和技术,大大降低了理论、技术的应用门槛。可以预见,在新的数据处理和计算机科学技术的辅助下,对起重机金属结构故障安全管理的可视化技术研究必将朝着全面、实时和高效的方向发展,成为众多企业设备管理的主要工具和核心手段。
冯燕楠[9]2010年在《基于精细随机有限元模型的钢筋混凝土结构体系可靠性分析》文中研究说明不确定性存在于结构的各个方面,应用随机有限元法解决实际工程中的复杂问题已经成为当前结构设计及分析的一种重要手段。利用有限元分析的结果,并考虑结构的随机性,进行结构可靠性的分析是一种很有价值的方法。本文基于地震模拟软件平台OpenSees,建立钢筋混凝土框架结构的精细随机有限元模型,利用基于随机有限元法的一次可靠度方法对结构进行体系可靠性研究,并在此基础上提出具有普遍意义的结构不同破坏模式的优选方法。本文主要研究内容包括:(1)建立钢筋混凝土框架结构的纤维单元模型,利用OpenSees软件平台对其进行体系可靠性分析及灵敏度分析。计算结构在构件承载力及结构变形能力两种极限状态下的可靠度指标及失效概率,并考虑各极限状态的相关性,得出结构体系可靠度指标。然后对影响结构体系可靠度的各种随机变量进行参数灵敏性分析,最后提出利用主要随机变量研究结构体系可靠度问题的方法。(2)针对钢筋混凝土框架结构,研究基于体系可靠度的不同破坏模式的优选方法问题。建立四组不同层数的钢筋混凝土框架结构的叁维精细有限元模型,分别考虑两种不同破坏模式下的结构形式,计算两种破坏模式下的结构体系可靠度,由计算结果比较哪种破坏模式更为合理,并依此提出结构破坏模式的优选方法。(3)鉴于OpenSees可视化程度不高的缺点,本文利用可视化处理软件GiD及面向对象的可视化语言TCL和图形界面程序包TK等程序对OpenSees进行可视化处理,初步实现了OpenSees的可视化建模和结构分析,为OpenSees解决较为复杂工程问题提供了工具。
袁景凌[10]2004年在《结构状态智能模拟方法研究》文中认为计算机在土建工程中的应用大约有40多年的历史，计算机仿真模拟是利用计算机对物理过程、系统结构以致社会经济等过程进行比较逼真的模仿，这一技术在土木工程中已有不少应用，如结构构件破坏的模拟、岩土失稳的模拟等。本文是以国家重点实验室项目“结构抗震智能模拟”以及“深圳市民中心大型屋顶网架结构健康智能监测系统”为研究背景，进行在由物理模型、数值方法、和可视化技术相结合的动态模拟技术的基础上，附以信息处理智能技术的结构状态智能模拟方法的研究。 目前，工程结构朝着大型、巨型发展，材料多样，体型巨大，结构复杂，按传统的分析方法分析，高速、大型的计算机计算结果输出一大堆数据，令人难于把握。原有的土建工程信息处理方法已不能满足用户的准确、直观、迅速、可交互及分布式等多样性需求，因为我们需要不断获取数据、分析数据和处理数据，且需对这些信息和数据进行快速处理，以便及时反馈用于结构优化设计、项目施工管理和结构健康监测等方面，故对数据和信息数字化、定量化以及智能化处理的要求日益提高。因此将融合了先进的计算机科学技术的结构状态智能模拟方法应用到土建工程领域，已成为推动土建工程理论深入研究和技术迅速发展的巨大动力。 本文提出了一套结构状态智能模拟方法，该方法主要结合信息处理智能技术、科学计算可视化技术、计算机动态模拟及仿真技术、基于XML的可视化接口技术、软构件技术及工程数据库等技术，充分将先进的计算机科学技术与土木工程领域的结构分析与优化相结合，使其不仅能有效直观地反映问题，有效地辅助结构分析与优化，而且能解决传统方法因数据不足或干扰给结构分析带来的困难，为结构受力动态分析及系统健康监测提供了先进的技术手段。 本文的研究内容主要包括： (1)研究几类典型的结构分析模型及结构动力响应模拟方法。收集整理了包括深圳市民中心大型屋顶网架结构和重庆水族馆地下通道在内的典型结构的 武汉理工大学博士学位论文有限元分析结果数据，为结构分析结果的可视化提供分析模型。 (2)研究结构分析结果数据特征和有限元分析结果的叁维可视化技术，对通用有限元软件的后处理功能实现可视化和采用直接编程手段实现可视化进行比较。 (3)研究了基于XML的可视化接口技术。对几类结构建模软件和有限元分析软件包括Auto以D，3DMAX和Algor，ANSYS等进行分析，用结构化数据描述的标识语言枷L实现了几种软件结果数据文件间和工程数据库间的统一接口，为后处理可视化提供便捷有效支撑。建立具有扩展功能的结构分析结果数据的可视化接口，实现智能模拟环境。 (4)提出了智能可视化的概念，并研究结构状态智能模拟不同阶段中相应的智能方法，进行可视化数据的智能预测与处理，建立可视化数据获取和表现的智能方法库，以实现智能可视化。重点研究几种能较好地进行小样本数据模拟可视化的改进灰色模型(包括灰色RBF静态预测模型和基于GM(1，l)新陈代谢动态预测灰色模型)及结构分析结果数据的知识化方法。 (5)提出了结构状态智能模拟骨架的概念，综合信息处理智能技术、混合编程技术、可视化技术、面向对象建模与分析技术及工程数据库等技术，利用可视化编程环境，结合visualC++(或nephi等)和勿enGL，Fortran Station，Mat lab及各种图形软件、有限元分析软件，对结构状态智能模拟骨架进行研究与实现。 本文研究一套能协助结构设计、施工管理、受力分析和健康监测的较通用的结构状态智能模拟方法，提出建立智能模拟骨架，并能在诸多典型工程中得到应用。结论和展望部分希望在今后的工作中能更深入研究结构仿真分析方法，大规模数据的并行算法，实时可视化技术和沉浸式虚拟现实技术(Inunersionvirtual Reality)，克服国内类似软件功能单一和国外软件建模复杂等缺点，使智能模拟环境既具有工程实例应用的特殊性，又具有一定的通用性。
参考文献：
[1]. 基于OpenGL的有限元分析数据可视化系统开发[D]. 王德清. 武汉理工大学. 2008
[2]. 有限元可视化算法的研究与程序开发[D]. 李建波. 大连理工大学. 2003
[3]. 有限元的可视化开发[D]. 孙继军. 成都理工大学. 2004
[4]. 基于GIS的可视化查询系统研究[D]. 方锦秀. 武汉大学. 2005
[5]. 基于OpenGL的交互式有限元后处理可视化程序开发[D]. 尤志祥. 南京理工大学. 2009
[6]. 结构分析的GPU异构平台前后处理研究[D]. 陈伟. 哈尔滨工业大学. 2016
[7]. 面向可视化的温度场有限元分析建模原理、方法及实现技术研究[D]. 苏君. 浙江大学. 2002
[8]. 起重机金属结构故障可视化技术研究[D]. 黄祥声. 武汉理工大学. 2008
[9]. 基于精细随机有限元模型的钢筋混凝土结构体系可靠性分析[D]. 冯燕楠. 哈尔滨工业大学. 2010
[10]. 结构状态智能模拟方法研究[D]. 袁景凌. 武汉理工大学. 2004
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