本技術涉及水利工程有限元計算領域，尤其是涉及考慮基礎地形匹配的土石壩有限元計算三維網(wǎng)格生成方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、土石壩作為一種廣泛使用的壩型，因其適應性強、經(jīng)濟性高而受到青睞。有限元分析作為一種強大的數(shù)值分析工具，已被用于土石壩的應力和變形分析。這種方法能夠提供詳細的內部應力和變形數(shù)據(jù)，對大型土石壩設計至關重要。然而，有限元分析的準確性和效率很大程度上依賴于計算網(wǎng)格的質量，尤其是在復雜地形條件下。

2、在實際應用中，土石壩的基礎地形復雜多變，傳統(tǒng)的網(wǎng)格切割技術難以適應這種復雜性。現(xiàn)有的網(wǎng)格生成方法，如基于規(guī)則網(wǎng)格的劃分或簡單的自動網(wǎng)格剖分，通常無法精確將土石壩地基與基礎地形匹配。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術中存在的技術問題，本發(fā)明提供一種慮基礎地形匹配的土石壩有限元計算三維網(wǎng)格生成方法及系統(tǒng)，能夠考慮土石壩地基的不均勻性和基礎地形的復雜性，生成匹配基礎地形的土石壩有限元計算三維網(wǎng)格，以提高土石壩基礎計算網(wǎng)格有限元分析的準確性，確保分析結果的可靠性。

2、本技術提供的考慮基礎地形匹配的土石壩有限元計算三維網(wǎng)格生成方法，采用如下的技術方案：

3、考慮基礎地形匹配的土石壩有限元計算三維網(wǎng)格生成方法，包括以下步驟：

4、將土石壩最大斷面的二維有限元網(wǎng)格沿壩軸線等距平推，得到所有橫斷面處的二維有限元網(wǎng)格；

5、以連接棱連接相鄰橫斷面二維有限元網(wǎng)格對應節(jié)點，構筑得到三維有限元初始網(wǎng)格；

6、根據(jù)二維有限元網(wǎng)格的二維節(jié)點對地面線位置進行調整得到重繪地面線，將相鄰橫斷面間的重繪地面線進行節(jié)點三角網(wǎng)構筑，得到地形三角網(wǎng)；

7、根據(jù)地形三角網(wǎng)與三維節(jié)點的相對高程位置，對三維有限元初始網(wǎng)格的所有三維節(jié)點進行地形上下性判斷；

8、根據(jù)三維節(jié)點地形上下性信息，篩選出與地形三角網(wǎng)有交集的切割棱，將含有切割棱的有限元初始網(wǎng)格作為需要切割以匹配地形的三維待切割網(wǎng)格；

9、將所有三維待切割網(wǎng)格均拆分為兩個三棱柱網(wǎng)格；

10、根據(jù)三維節(jié)點地形上下性信息，對三棱柱網(wǎng)格所在相鄰橫斷面的二維網(wǎng)格賦予地形切割等級；

11、構筑三維網(wǎng)格切割模型，根據(jù)三棱柱網(wǎng)格所在相鄰橫斷面的二維網(wǎng)格地形切割等級對三棱柱網(wǎng)格內所有棱進行虛擬切割節(jié)點的滑動，得到兩個三維切割后網(wǎng)格；

12、判斷所有三維切割后網(wǎng)格是否為零體積網(wǎng)格，若是則予以剔除，若否則保留，得到匹配地形的土石壩三維有限元計算網(wǎng)格。

13、進一步地，重繪地面線步驟包括：

14、利用三維有限元初始網(wǎng)格的三維節(jié)點進行連接，尋找最為接近真實地面線的一條多節(jié)點連接的多段線作為重繪地面線；并采用三角剖分算法將相鄰橫斷面間的重繪地面線進行節(jié)點三角網(wǎng)構筑，得到地形三角網(wǎng)。

15、進一步地，所述三維節(jié)點進行地形上下性判斷的步驟包括：

16、對處于地形三角網(wǎng)上的節(jié)點，其節(jié)點地形上下性判斷為0；

17、對高程高于地形三角網(wǎng)的節(jié)點，其節(jié)點地形上下性判斷為1；

18、對高程低于地形三角網(wǎng)的節(jié)點，其節(jié)點地形上下性判斷為-1。

19、進一步地，所述切割棱為節(jié)點地形上下行性為1和-1組合的兩端點連接構成的棱；所述三維待切割網(wǎng)格為含有至少一條及切割棱的三維網(wǎng)格。

20、進一步地，所述三維待切割網(wǎng)格包括三棱柱網(wǎng)格和六面體網(wǎng)格，三維待切割網(wǎng)格中的六面體網(wǎng)格被切割為兩個三棱柱網(wǎng)格，所述三棱柱網(wǎng)格所在相鄰橫斷面的二維網(wǎng)格均為三角形網(wǎng)格。

21、進一步地，所述三棱柱網(wǎng)格所在相鄰橫斷面的二維網(wǎng)格賦予地形切割等級步驟包括：

22、對3個節(jié)點地形上下性為1、1、1的三角形網(wǎng)格賦予地形切割等級為1；

23、對3個節(jié)點地形上下性為0、1、1的三角形網(wǎng)格賦予地形切割等級為2；

24、對3個節(jié)點地形上下性為0、0、1的三角形網(wǎng)格賦予地形切割等級為3；

25、對3個節(jié)點地形上下性為0、0、0的三角形網(wǎng)格賦予地形切割等級為4；

26、對3個節(jié)點地形上下性為1、0、-1的三角形網(wǎng)格賦予地形切割等級為5；

27、對3個節(jié)點地形上下性為0、0、-1的三角形網(wǎng)格賦予地形切割等級為6；

28、對3個節(jié)點地形上下性為0、-1、-1的三角形網(wǎng)格賦予地形切割等級為7；

29、對3個節(jié)點地形上下性為-1、-1、-1的三角形網(wǎng)格賦予地形切割等級為8。

30、進一步地，構筑三維網(wǎng)格切割模型步驟包括：

31、假設待切割的三棱柱網(wǎng)格的三條棱都為虛擬切割棱，其上均存在虛擬切割點，三個虛擬切割點初始位置為棱的中點，三個虛擬切割點組成虛擬切割面，所述虛擬切割面為三維網(wǎng)格切割模型。

32、進一步地，所述虛擬切割節(jié)點滑動的實施步驟包括：

33、對兩個端點地形上下性組合為(-1,-1)的虛擬切割棱，將虛擬切割棱上的虛擬切割節(jié)點，沿虛擬切割棱方向滑動至相鄰斷面中地形切割等級低的一側端點，若地形切割等級相等，則滑動至靠近土石壩中間斷面一側的端點；

34、對兩個端點地形上下性組合為(1,1)或(0,0)的虛擬切割棱，將虛擬切割棱上的虛擬切割節(jié)點，沿虛擬切割棱方向滑動至相鄰斷面中地形切割等級高的一側端點，若地形切割等級相等，則滑動至靠近土石壩中間斷面一側的端點；

35、對兩個端點地形上下性組合為(1,-1)或(-1,1)的虛擬切割棱，將虛擬切割棱上的虛擬切割節(jié)點，沿虛擬切割棱方向滑動至棱被地形三角網(wǎng)切割后的位置；

36、對兩個端點地形上下性組合為(0,-1)、(0,1)、(-1,0)或(1,0)的虛擬切割棱，將虛擬切割棱上的虛擬切割節(jié)點，沿虛擬切割棱方向滑動至地形上下性為0的端點。

37、進一步地，判斷所有三維切割后網(wǎng)格是否為零體積網(wǎng)格步驟包括：

38、嵌套三維切割網(wǎng)格模型后，若有3個虛擬切割節(jié)點滑動至同一橫斷面，則三維切割后網(wǎng)格為零體積網(wǎng)格，予以剔除。

39、另一方面，本發(fā)明提供考慮基礎地形匹配的土石壩有限元計算三維網(wǎng)格生成系統(tǒng)，包括：

40、二維有限元網(wǎng)格生成模塊，其用于將土石壩最大斷面的二維有限元網(wǎng)格沿壩軸線等距平推，得到所有橫斷面處的二維有限元網(wǎng)格；

41、三維有限元初始網(wǎng)格構筑模塊，其用于以連接棱連接相鄰橫斷面二維有限元網(wǎng)格對應節(jié)點，構筑得到三維有限元初始網(wǎng)格；

42、地形三角網(wǎng)構筑模塊，其用于根據(jù)二維有限元網(wǎng)格的二維節(jié)點對地面線位置進行調整得到重繪地面線，將相鄰橫斷面間的重繪地面線進行節(jié)點三角網(wǎng)構筑，得到地形三角網(wǎng)；

43、地形上下性判斷模塊，其用于根據(jù)地形三角網(wǎng)與三維節(jié)點的相對高程位置，對三維有限元初始網(wǎng)格的所有三維節(jié)點進行地形上下性判斷；

44、三維待切割網(wǎng)格篩選模塊，其用于根據(jù)三維節(jié)點地形上下性信息，篩選出與地形三角網(wǎng)有交集的切割棱，將含有切割棱的有限元初始網(wǎng)格作為需要切割以匹配地形的三維待切割網(wǎng)格；

45、三維待切割網(wǎng)格拆分模塊，其用于將所有三維待切割網(wǎng)格均拆分為兩個三棱柱網(wǎng)格；

46、地形切割等級判斷模塊，其用于根據(jù)三維節(jié)點地形上下性信息，對三棱柱網(wǎng)格所在相鄰橫斷面的二維網(wǎng)格賦予地形切割等級；

47、三維網(wǎng)格切割模型構筑模塊，其用于構筑三維網(wǎng)格切割模型，根據(jù)三棱柱網(wǎng)格所在相鄰橫斷面的二維網(wǎng)格地形切割等級對三棱柱網(wǎng)格內所有棱進行虛擬切割節(jié)點的滑動，得到兩個三維切割后網(wǎng)格；

48、零體積網(wǎng)格剔除模塊，其用于判斷所有三維切割后網(wǎng)格是否為零體積網(wǎng)格，若是則予以剔除，若否則保留，得到匹配地形的土石壩三維有限元計算網(wǎng)格；

49、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

50、1.切割情況覆蓋完備。本發(fā)明的方法摒棄傳統(tǒng)的枚舉思想，利用三維網(wǎng)格切割模型和虛擬切割節(jié)點滑動法，對所有三維網(wǎng)格切割情況進行全覆蓋，做到對基礎地形的精準匹配。

51、2.提高計算精度。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過基礎地形匹配的方法，能夠更精確地模擬土石壩的三維結構，從而提高了有限元計算的精度。

52、3.增強模型的適用性。本發(fā)明的方法適用于各種復雜的地形條件，增強了土石壩有限元模型的適用性和靈活性。

53、4.易于集成和擴展。本發(fā)明的方法可以輕松集成到現(xiàn)有的土石壩設計和分析軟件中，并且具有很好的擴展性，可以適應未來技術的發(fā)展。