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研究生: 張家豪
Chang, Chia-hao
論文名稱: B-spline有限元素法使用者圖形介面的開發及網格化處理
The development of graphic user interface and mesh generator for B-spline finite element method
指導教授: 何旭彬
Ho, Shi-pin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 機械工程學系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 67
中文關鍵詞: 使用者圖形介面局部細切網格化B-spline有限元素法
外文關鍵詞: refinement, mesh generator, B-spline finite element method, graphic user interface
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  • 本論文目的為建立使用者圖形介面,透過介面的操作更容易使用B-spline有限元素法程式。利用高階程式語言Visual C++、電腦繪圖函式庫OpenGL及微軟基礎類別函式庫(Microsoft Foundation Class),整合另外兩位研究生所撰寫的程式。一位撰寫二維彈性力學問題,另一位撰寫三維彈性力學問題,並加入本研究:前處理網格化、後處理分佈圖與顯示路徑數據,發展出B-spline有限元素法程式。
    本研究透過圖形說明B-spline有限元素法局部細切之特色。其次,對三維不規則實體網格化後,所產生無法直接積分之複雜幾何元素,進行切割處理以便積分。在幾何布林運算過程中,對曲線(曲面)之描述使用曲線(曲面)函數取代多段直線(平面)的模擬,可降低幾何誤差。研究中包含了主視窗的建立與配置、圖形位置控制器、前處理及後處理圖形顯示。透過以上設計將圖形視覺化後以利觀察,並提供使用者更為方便的操作。

    The goal of this thesis is to set up a graphical user interface such that user can use B-spline finite element code easily. We, incorporate with the research work from the other two graduate students, use Visual C++ computer language, the three dimensional graphics library OpenGL and the Microsoft Foundation Class to form a general purpose B-spline finite element code. In this incorporative project, the two dimensional plane stress B-spline finite element analysis code is developed by other graduate student, the three dimensional linear elastic B-spline finite element analysis code is developed by another graduate student. The B-spline finite element mesh generator of preprocessor, contour plot and path result functionality of postprocessor are developed in this thesis research.
    In this research, the characteristic of B-spline finite element refinement mesh is illustrated by figures. When the element has the complicated geometry and is hard to be integrated in B-spline finite element calculation, it is segmented into several simple elements for integration. Curve lines and surfaces are used instead of straight lines and planes in order to decrease the error when doing geometric boolean operations. The design and building up of the graphic user interface include the construction of the main window, the graphics control functionality, the functionality in the preprocessor and plot capability of the postprocessor. The purpose of these designs is to visualize the graphics and provide users a tangible environment to use B-spline finite element method.

    摘要 I Abstract II 誌謝 IV 目錄 V 表目錄 VIII 圖目錄 IX 符號說明 XII 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 動機與目的 1 1.3 文獻回顧 2 1.4 論文架構 3 第二章 相關理論 5 2.1 B-spline有限元素法原理 5 2.1.1 網格化 5 2.1.2 元素積分方式 8 2.1.3 基底函數 10 2.2 幾何布林運算原理 11 2.2.1 建立二元空間分割建樹 13 2.2.2 布林運算基本判別式 16 第三章 三維複雜幾何元素的處理 24 3.1 三維立方體的切割 24 3.2 三維元素幾何分類 29 3.3 三維不規則多面體元素的處理 32 第四章 視窗介面設計流程 37 4.1 前處理圖形表示 38 4.2 求解處理設定 40 4.3 後處理圖形表示 42 第五章 範例操作 45 5.1 二維挖圓孔平面應力問題 45 5.1.1 平面應力的前處理 46 5.1.2 平面應力的求解處理 47 5.1.3 平面應力的後處理 49 5.1.4 平面應力的局部細切 53 5.2 三維挖圓球實體應力問題 56 5.2.1 實體應力的前處理 57 5.2.2 實體應力的求解處理 58 5.2.3 實體應力的後處理 59 第六章 結論與建議 61 參考文獻 64 自述 67

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    校外:2009-06-29公開
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