Optimization of quadrilateral mesh for ship hull modelling

• Autorzy: Kniat A.

Warianty tytułu

PL

Optymalizacja siatek elementów skończonych używanych do modelowania kadłuba statku

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper a method for improving quadrilateral mesh quality is presented. It assumes the proper topology of a mesh and applies gradient search to optimize the objective function for a mesh. The objective function may be any quality assessment function (metrics) appropriate for the FEM requirements. Quadrilateral meshes are most preferable way of modeling ship hull structures for the FEM analysis. There are many algorithms which produce such meshes. However, apart from providing the proper topology, only some of these algorithms assure quality of mesh elements. To provide a reliable result of FEM calculations a model must consist of elements of appropriate size and quality. Application of the presented method provides a mesh with optimized quality for a given topology.

PL

Artykuł przedstawia metodę poprawy jakości czworokątnej siatki elementów skończonych, które najlepiej nadają się do modelowania kadłuba statku dla potrzeb analizy MES. W metodzie zakłada się poprawną topologię siatki i stosuje gradient funkcji celu do poszukiwania optymalnego rozwiązania. Funkcja celu może być dowolną funkcją, opisująca jakość elementu (metryka), odpowiednią dla wymagań metody elementów skończonych. W artykule przedstawiono najczęściej używane metryki wraz z krótkim opisem. Znanych jest wiele algorytmów, tworzących takie siatki. Jednakże oprócz zapewnienia poprawnej topologii tylko nieliczne z nich zapewniają odpowiednią jakość elementów skończonych. Aby uzyskać wiarygodne wyniki obliczeń MES, model musi składać się z elementów o odpowiednich rozmiarach i odpowiedniej jakości. Zastosowanie przedstawionej metody pozwala poprawić jakość elementów siatki dla zadanej topologii. W artykule przedstawiono także przykład poprawy jakości czworokątnej siatki elementów skończonych dla przegrody zbiornika obłowego.

Słowa kluczowe

EN

mesh optimization; ship hull modeling; finite element method (FEM); computer-aided design (CAD)

PL

optymalizacja siatek elementów skończonych; modelowanie kadłuba statku; metoda elementów skończonych (MES); komputerowe wspomaganie projektowania (CAD)

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 57, nr 11
• Strony: 1418--1420
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab., wzor

Twórcy

autor

Kniat A.

• Gdansk University of Technology, Faculty of Ocean Engineering and Ship Technology, 11/12 G. Narutowicza Str., 80-233 Gdansk, Poland,

Bibliografia

• [1] Cheng B., Topping B. H. V.: Improved adaptive quadrilateral mesh generation using fission elements, Advances in Engineering Software Vol. 29, No. 7-9, pp. 733-744, 1998.
• [2] El-Hamalawi A.: A 2D combined advancing front-Delaunay mesh generation scheme, Finite Elements in Analysis and Design, no. 40, pp. 967-989, 2004.
• [3] Ghadimi P., Chekab M. A., Maleki F. S.: A novel approach to node distribution for 2D mesh generation and its application in marine and ocean engineering, Advances in Engineering Software, no. 41, pp. 1149-1159, 2010.
• [4] Guibas L., Stolfi J.: Primitives for the Manipulation of General Subdivisions and the Computation of Voronoi Diagrams, ACM Transactions on Graphics, Vol. 4, No. 2, pp. 74-123, 1985.
• [5] Knupp P. M.: Algebraic mesh quality metrics for unstructured initial meshes, Finite Elements in Analysis and Design, no. 39, pp. 217-241, 2003.
• [6] Kullaa J., Klinge P.: A geometry based generation of a finite element model for stiffened shell structures, Computres & Structures, Vol. 54., No. 5., pp. 979-987, 1995.
• [7] Lee M. C., Joun M. S.: Adaptive triangular element generation and optimization-based smoothing, Part 1: On the plane, Advances in Engineering Software no. 39, pp. 25-34, 2008.
• [8] Li L., Bettess P., Bull J.W., Bond T. J.: Adaptive finite element analysis of stiffened shells, Advances in Engineerin Sgoftware, no. 28, pp. 501-50, 1997.
• [9] Lo S. H., Wang W. X.: An algorithm for the intersection of quadrilateral surfaces by tracing of neighbours, Comput. Methods Appl. Mech. Engrg., no. 192, pp. 2319-2338, 2003.
• [10] Owen S. J., Staten M. L., Canann S. A., Saigal S.: Q-Morph: an indirect approach to advancing front quad meshing, International Journal for Numerical Methods in Engineering, no. 44, pp. 1317-40, 1999.
• [11] Shewchuk J.: Delaunay re?nement algorithms for triangular mesh generation, Computational Geometry: Theory & Applcations, vol. 22 (i1-3), pp. 21-74, 2002.