Griddle划分非结构化网格(FLAC3D和3DEC)

1 引言

结构化网格只能包含六面体，结构化网格在拓扑结构上是均匀的网格，单元之间有规则的连接，这样使得复杂外形的边界网格难以生成；而非结构化网格可以包含四面体，没有规则的拓扑结构，网格节点的分布是随机的。相对而言，结构化网格比非结构化网格能提供更精确的应力计算结果，但非结构化网格的生成速度要快得多。FLAC3D使用2D Extruder可以产生相对简单的非结构化网格，对于复杂的几何形状，使用Griddle生成网格(Griddle---FLAC3D和3DEC的高级网格划分工具)。这个笔记试验了Griddle生成FLAC3D和3DEC的非结构化网格。

2 Griddle组件

Griddle是Rhino的一个插件, 其主要用途是为FLAC3D和3DEC模型进行网格划分。基本的工作原理是在Rhino生成几何形状的基础之上，Griddle进行表面网格和体积网格划分，然后输出为网格数据文件。Griddle共有10个可操作的组件，如下图所示。这10个组件从左到右分别为：

(1) BlockRanger (BR) 对实体划分成结构化的六面体网格

(2) GInt 对表面网格相交的部分进行调整, 

(3) GSurf 非结构化的表面网格划分，以指定的参数创建非结构化表面网格

(4) GVol 非结构化的四面体/六面体为主的网格划分

(5) GHeal 一组用于识别和修复表面网格问题的工具 

(6) GExtract 一组根据用户指定的准则提取部分表面网格的工具

(7) GExtend 一组用于沿指定边界扩展表面网格的工具 

(8) GExtrude 一组沿其边界挤压表面网格的工具，用来创建一个密封的区域

(9) NonManifoldMerge---Rhino命令合并表面网格，创建单一的非流形网格

(10) ColorizeObjects---为对象分配随机颜色

为了产生非结构化网格，需要使用GSurf和GVol这两个组件。

3 产生非结构化网格

(1) 首先需要产生出几何形状，Rhino的操作方式与AutoCAD的操作方式基本相同。使用_Cylinder命令产生一个半径为2，高度为10的圆柱体，使用_Mesh命令三角化圆柱体的表面，

网格的密度可以根据下面的显示框调节。

(2) 使用_GSurf命令重新划分初始的三角形网格。GSurf共有5个选项, 设置前三项的值，后两项保持默认值：

Mode=QuadDom

MinEdgeLength=0.5  

MaxEdgeLength=0.5

RidgeAngle=20  

AdvancedParameters

(3) 使用_GVol命令产生体积网格。GVol共有4个选项：

MeshSettings=Tet  

OutputFormat=FLAC3D  

FormatType=Binary  

AutoOutputName=N/A 

设置MeshSettings的Mode=HexDom，其它选项保持默认值：

Mode=HexDom

MaxGradation=0.5  

TargetSize=0  

Optimization=5  

ShapeQuality=0.75  

IniErrorCheck=Yes

产生的网格文件默认值为cylinder_GVol_Binary.f3grid，共生成1433个单元和1542网格点。值得注意的是，虽然我们设置要生成六面体单元(HecDom)，但实际生成的不完全是六面体，

六面体: 1095 (76.41% of total, 94.58% of volume)

棱柱体: 69 (4.82% of total, 2.56% of volume)

金字塔体: 155 (10.82% of total, 2.10% of volume)

四面体: 114 (7.96% of total, 0.77% of volume)。

在FLAC3D中输入生成的网格，如下图所示。

(4) 对于3DEC，Griddle不能输出六面体单元，只能输出四面体单元，由于默认的文件格式是二进制文件，因而在3DEC中导入的速度比使用block zone list poly 命令输入的速度要快很多(将单元zone转化为四面体tetrahedron---block zone list poly (BBM); 粘合块体模拟BBM---Bonded Block Modeling)。