一種生成FDTD網格的方法技術

本發明專利技術公開了一種生成FDTD網格的方法。基于商用軟件Hypermesh生成三角面元的模型，再對之進行處理生成FDTD網格。實現空間步長的自由選取，生成不同規格的FDTD網格，同時解決了多種介質材料復雜模型的問題。最后通過CAD檢測生成的FDTD網格，檢驗建模結果的正確性。本發明專利技術能夠解決復雜目標模型的FDTD建模問題，以及多種材料FDTD建模問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于電磁場數值計算領域，具體涉及一種FDTD三維建模技術。
技術介紹
近年來隨著商用建模軟件的迅速發展，使得復雜模型的建模變得十分便利。但是用FDTD方法研究物體的電磁散射特性時，必須按照FDTD要求進行網格化離散，即將FDTD計算區域以六面體元胞(長方體)為單元進行剖分，并確定每個單元的介質參數。隨著FDTD方法的廣泛采用，算法的不斷進步，對能夠進行復雜模型FDTD計算的需求越加強烈。普通的建模根據模型的解析式，只能生成簡單的模型，無法解決復雜模型的問題。因此非常有必要設計一種能夠解決多部件復雜模型的FDTD網格生成技術。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種生成FDTD網格的方法,解決復雜模型及多種材料FDTD建模問題。為了解決以上技術問題，本專利技術設計建立一種復雜三角面元模型生成FDTD網格技術。基于商用軟件Hypermesh生成三角面元的模型，再對之進行處理生成三維FDTD網格。實現空間步長的自由選取，生成不同規格的FDTD網格，同時解決了多種介質材料復雜模型的問題：一種生成FDTD網格的方法，其特征在于包括以下步驟：步驟一，使用Hypermesh建模工具建模得Hypermesh模型，對Hypermesh模型進行剖分，剖分成三角面元模型，保存三角面元模型得stl格式三角面元模型數據；步驟二，按stl格式三角面元模型數據的格式處理stl格式三角面元模型數據，保存stl格式三角面元模型數據中三維點坐標數據以及部件起始行數據；步驟三，根據三維點坐標數據以及部件起始行數據，建立FDTD網格。所述步驟一具體為使用UG，CAD，Hypermesh等商用建模軟件建模，再導入到Hypermesh中進行剖分。選擇edgedeviation進行剖分，根據模型尺寸選擇最大最小三角面元尺寸，運行程序后會根據模型的復雜程度自動選擇合適的尺寸來剖分，最后導出stl格式三角面元模型數據。所述步驟二具體包括以下過程：過程3.1，讀取stl格式三角面元模型數據的總行數；過程3.2，判斷stl格式三角面元模型數據中三維點坐標所在的行數及三維點坐標數據所在位置；過程3.3，用Fortran語言讀取該行成字符串；過程3.4，將上步驟所述的字符按照三維點坐標數據所在的字符位置轉化成數據格式；過程3.5，存儲三維點坐標數據到文件中；過程3.6，判斷多種部件所在的起始行數；過程3.7，根據三維點坐標數據所有點三維方向上最大最小值判斷Hypermesh模型尺寸，基于用戶對三維FDTD網格大小的需求選取合適的空間步長。所述步驟三具體包括以下過程：過程4.1，根據部件起始行數據處理三維點坐標數據，讀取三維點坐標數據，創建3*3的矩陣代表一個三角面元片，創建一個循環按照每三行讀取一個三角面元數據，存儲在臨時3*3的矩陣中；過程4.2，根據三維點坐標數據生成三維FDTD網格，對每個3*3的三角面元所對應的矩陣，把三個點放在FDTD網格中，所需要計算的是根據步長的取整計算，即把三角面元的三個點放在三維FDTD網格的格點上。如果網格很粗，或者說所取的步長很大的情況下，三角形的三個點都在一個網格內，就對這個網格賦值該部件的號碼。如果三角面元跨越了多個FDTD網格，那么針對每個3*3的三角面元所對應的矩陣，得到根據步長取整的三個量化點，擴大成一個長方體，就可以包含覆蓋不到的所有網格點，再對這些FDTD網格點賦值部件號；過程4.3，對部件內部補充實點，進行補點的處理時，每個部件只是一個空殼，內部沒有點。采用的方法是針對每個空點，看它X正向反向，Y正向反向，Z正向反向有沒有點存在，一共六個方向的延伸，如果每個方向都存在點，那么這個點是在體內部的，是存在的。具體的做法是，根據三維FDTD網格數據，依據它的格點存儲方式，讀出YZ坐標與該點相同的所有點，得到一組數據，并放在臨時的數組中，得到了X正向反向上的點。同理Y和Z方向也按照相同的方法得到另外兩組數組。在這三個數組里以該點為中心分別做循環(往外延伸)，如果碰到實點，做標記。如果六個方向都標記到，則可以判定該點也是實點，并對該點賦值所在部件號；過程4.4，如模型存在多個部件則重復對每個部件進行上述過程4.1、4.2、4.3。部件1的部件號為1，部件二的部件號為2，依次類推；過程4.5，對比部件大小，將各部件合成最終的三維FDTD網格，具體方法是：補點后計算該部件有多少個FDTD網格點，得到部件的大小。針對多部件重合的點，比較部件大小，取較小部件保證模型的精確度，再把各個部件整合到FDTD網格中。本專利技術能夠識別復雜模型開槽的情況，并對之進行處理。所述采用文件方式存儲讀取所有的數據和文件。一旦數據超過數組的極限，計算機內存限制，就會溢出，就不能對復雜的模型進行三角面元處理。采用文件之間的讀寫，速度慢，但能滿足對大數據處理的需求。本專利技術具有有益效果。本專利技術是通過Hypermesh商用建模軟件，把模型剖分成三角面元，再轉化成FDTD網格。本專利技術具有靈活建模，識別多重材料部件，識別開槽空腔的優點。附圖說明圖1為三角面元在一個三維FDTD網格內情形；圖2為三角面元在多個三維FDTD網格內情形；圖3為stl數據格式；圖4為Hypermesh中球剖分成的三角面元圖；圖5為Hypermesh中正方體剖分成的三角面元圖；圖6為球三維FDTD網格通過CAD可視化檢測；圖7為正方體三維FDTD網格通過CAD可視化檢測；圖8(a)為金屬球RCS及其MIE級數解對比；圖8(b)為金屬立方體RCS及其MIE級數解對比；圖9為復雜模型的Hypermesh剖分成的三角面元圖；圖10為復雜模型三維FDTD網格通過CAD可視化檢測；具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的技術方案做進一步詳細說明。如圖1所示，表示三角面元在一個FDTD網格中，在建模中，三角面元尺寸通常都很小，而FDTD網格尺寸所取比較大，因此圖中的情形代表了大多三角面元和FDTD網格的關系。在圖中，該FDTD網格賦值為三角面元所在部件的號碼。如圖2所示，在圖中一個三角面元在兩個FDTD網格中，這兩個FDTD網格賦值為三角面元所在部件的號碼。如圖3所示，stl格式三角面元模型數據是每7行代表了一個三角面元，三個點坐標均以vertex開始，讀取所在行成字符串，再根據數據所在的位置轉換為數據格式存在三維點坐標數據中。同時每個部件以‘solidname’，‘endsolid’開始和結束，并記錄部件起始行數據。如圖4所示，在Hypermesh中剖分球模型的三角面元圖，球半徑為1m。如圖5所示，在Hypermesh中剖分正方體模型的三角面元圖，正方體邊長為2.5cm。如圖6所示，采用本文所述方法，對圖4所示的球建模，生成三維FDTD網格，通過CAD檢測正確性。如圖7所示，采用本文所述方法，對圖5所示本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種生成FDTD網格的方法，其特征在于包括以下步驟：步驟一，使用Hypermesh建模工具建模得Hypermesh模型，對Hypermesh模型進行剖分，剖分成三角面元模型，保存三角面元模型得stl格式三角面元模型數據；步驟二，按stl格式三角面元模型數據的格式處理stl格式三角面元模型數據，保存stl格式三角面元模型數據中三維點坐標數據以及部件起始行數據；步驟三，根據三維點坐標數據以及部件起始行數據，建立FDTD網格。

【技術特征摘要】
1.一種生成FDTD網格的方法，其特征在于包括以下步驟：
步驟一，使用Hypermesh建模工具建模得Hypermesh模型，對Hypermesh
模型進行剖分，剖分成三角面元模型，保存三角面元模型得stl格式三角面元模
型數據；
步驟二，按stl格式三角面元模型數據的格式處理stl格式三角面元模型數
據，保存stl格式三角面元模型數據中三維點坐標數據以及部件起始行數據；
步驟三，根據三維點坐標數據以及部件起始行數據，建立FDTD網格。
2.根據權利要求1所述的一種生成FDTD網格的方法，其特征在于所述步驟一具
體為使用UG，CAD，Hypermesh等商用建模軟件建模，再導入到Hypermesh中進
行剖分。選擇edgedeviation進行剖分，根據模型尺寸選擇最大最小三角面元
尺寸，運行程序后會根據模型的復雜程度自動選擇合適的尺寸來剖分，最后導出
stl格式三角面元模型數據。
3.根據權利要求1所述的一種生成FDTD網格的方法，其特征在于所述步驟二具
體包括以下過程：
過程3.1，讀取stl格式三角面元模型數據的總行數；
過程3.2，判斷stl格式三角面元模型數據中三維點坐標所在的行數及三維點坐
標數據所在位置；
過程3.3，用Fortran語言讀取該行成字符串；
過程3.4，將上步驟所述的字符按照三維點坐標數據所在的字符位置轉化成數據
格式；
過程3.5，存儲三維點坐標數據到文件中；
過程3.6，判斷多種部件所在的起始行數；
過程3.7，根據三維點坐標數據所有點三維方向上最大最小值判斷Hypermesh模
型尺寸，基于用戶對三維FDTD網格大小的需求選取合適的空間步長。
4.根據權利要求1所述的一種生成FDTD網格的方法，其特征在于所述步驟三具
體包括以下過程：
過程4.1，根據部件起始行數據處理三維點坐標數據，讀取三維點坐標數據，創
建3*3的矩陣代表一個三角面元片，創建一個循環按照每三行讀取一個三角面元

\t數據，存儲在臨時3*3的矩陣中；
過程4....

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊利霞，丁元赫，周祥，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32