一种画二维温度场彩色云图的新方法.pdfVIP

维普资讯 2001年 工 程 图 学 学 报 2001 第 4期 JOURNAL OFENGINEERING GRAPHICS No4‘ 一 种画二维温度场彩色云图的新方法 刘永军 李宏男 (沈阳建筑工程学院，沈阳 110015) 摘 要：介绍一神画二维温度场彩色云图的新方法，其特点是算法简单 结果精确 ，易于编程。 关 键 词：有限元分析；科学可视北 ；温度场：后处理 中图分类号：TP391 文献标识码 A 文 章 编 号：1003-0158(2001)04—0059—05 有限单元法是一种重要的数值方法，己广泛应用于土木 、水利、机械、航空、航天、造 船、渗流、物探等工程技术领域。有限元分析，～般可划分为3个相对独立的阶段，即前处 理阶段、有 限元计算阶段、后处理阶段。前处理阶段主要对研究对象进行离散，获得单元的 结点号、结点的坐标、材料信息以及边界条件信息。有限元计算阶段主要根据前处理的结果 进行数值计算，输出结果为结点温度等数据 。后处理阶段的主要任务是对有限元计算的结点 温度等结果进行检查和分析，以便获得有用信息。采用的方法一般有画流线图、等值线图、 等差线图、等势线图、彩色云图等。其中有限元数据场彩色云图是检查、分析有限元计算结 果的一种非常有效的工具，因为具有直观、漂亮等优点，倍受青睐，是一种广泛采用的可视 化技术，如ANSYS等著名软件都提供了画云图的功能。 用有限元进行二维温度场分析时，常用的单元类型有 3结点三角形单元、4结点四边形 单元和 8结点四边形 3种。为了画出二维温度场云图，人们 己经提出了很多方法。大致可分 为以下3种；第 1种方法把所有单元都细分成 3结点子三角形，然后用区域填充法画出整个 数据场的云图I1J,ix]；第 2种方法首先把单元分成多个小方格，根据方格形心处的温度，用对 应的颜色填充小方格，从而得到彩色云图l3【141；第 3种方法是在屏幕坐标系中，从一个初始 点出发，沿等值线的切线方向逐步有哪些信誉好的足球投注网站等值线上的相邻点，画出等值线，然后在等值线间填 充颜色 ，画出云图l5】。这些方法各有优缺点，存在的主要问题是前两种方法经过 了一些简化 处理，降低了精度．有时还可能会漏掉一些重要数据161。第 3种方法速度较慢，算法复杂， 编程不易。 本质上，无论采用什么方法画云图，最终都归结为把屏幕上的像素设置成相应的颜色， 因此，如何准确快速地确定像素的颜色是一个关键 问题 。本文将介绍一种画温度场彩色云图 牧稿 日期：20oo—lI-ol 薹盒项 目：辽宁省教委基金 资助项 目 (99272t687) 作者简介：刘永军 (1966 )，男．辽宁}罐城^．剐教授．主要研究领域为结构舟析软件开发厦 CAI3欧抖设计 维普资讯 — 一 三 兰 里 兰 兰 兰 !!± 的新方法，这种方法的新颖之处在于利用有限元分析时采用的插值函数 ， 求出实际坐标系中 单元上点的温度 ，根据预先设定的温度与颜色函数关系确定屏幕上像素的颜色 既保持了有 限元计算的精度，又避免了过于复杂的算法 精度高，速度快，易于编程，且适用于所有常 用单元。笔者在进行辽宁省教委课题 “建筑火灾发展过程微机仿真研究 时， 采用了这种 方法 实践证明，效果很好。 1 画三角形单元云图的方法 由于 3结点三角形单元是一种线性单元，简单灵活，且单元刚度矩阵是显式，不需要进 行数值积分，所 以被广泛应用于温度场的有限元分析 下面介绍画 3结点三角形单元云图的 方法 (见 图 1)。 (a)自然坐标系 Co)实际坐标系 (c】屏幕坐标系