基于autocad前处理淮河淮南段二维有限元网格生成技术

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1、基于AutoCAD前处理淮河淮南段二维有限元网格生成技术　　摘要：建立模型，可以深入的了解水体的各种水文参数流速、水深、水体污染物的分布、水流的紊乱度和水表面的变化等，从而科学的评价、预测和管理水资源。该文所研究的淮河干流是从凤台大桥到田家庵阶段，主要是通AutoCAD软件把研究河流的地理图形坐标图导入SMS软件中，两个软件相结合进行淮河干流的模拟，生成精确的二维网格、河道的高程图和高程断面图。其中生成三角形单元网格为48563，四边形单元网格为72355个，高程图河低高程最大值为20.0m，最小值为-4.0m，在高程断面图中可以看出河流两岸到河底高程的变化趋势。根据这

2、些图形，为研究淮河的水体流速、水深的计算、河流动态演示和污染物的扩散等各种后续参数提供有利的依据关键词：SMS；AutoCAD；淮河干流；网格中图分类号TB115文献标识码A文章编号1007-7731（2016）21-0094-041SMS软件和AutoCAD简介SMS软件是UnitedStatesArmyCorpsofEngineersHydraulicsLaboratory（美国陆军工程兵水利工程实验室）和BrighamYoungUniversity（扬・伯明翰大学）等合作开发的地表水系统模拟软件。AutoCAD主要是工程绘图软件。本文主要是利用两种软件结合，在SM

3、S软件中生成散点图，为后期模型的建立做准备2研究河段的概述研究河段主要是淮河的干流，从凤台大桥到田家庵的河段，长度共37km。其中凤台大桥到平圩大桥的河段长度为26km，该河段地形复杂，有多个支流和汇流，并且支流和汇流错综交杂。从平圩大桥到田家庵断面的河段长度为11km，该段河流汇流较少的，河道地形图较为平稳[1]。此间河流断面干流的宽度最宽处约为450m，支流断面的宽度约为250m[2]，如图1所示3基于SMS模拟型的建立3.1河段平面图形地理坐标的导入（1）在AutoCAD中打开淮河凤台大桥-田家庵干流地形图，此时得到淮河凤台大桥―田家庵干流图层处于都打开状况地形图

4、（图2）。（2）在“图2”的基础上关闭部分图层，只保留高程点和河道信息两个图层，并将图形保存为“块的模式”，同时格式转化为SMS可识别的“新块.dxf”格式，得到淮河凤台大桥-田家庵河道干流的基本轮廓图（图3）3.2河段平面图形散点模拟型的生成SMS可以导入多种格式文件，如：tif、jpg、dxf等[3]。对于AutoCAD文件也就是.dxf文件，在SMS中是通过背景显示或者转换特征目标的矢量数据，通过离散数据组导入SMS中进而生成散点图。主要有：块文件导入、离散数据、离散数据检查、散点生成。对于块文件导入，选择File

5、DeleteAll来清除SMS中所有的数据，在F

6、ile

7、Open中，导入块文件，在SMS-Map模块下，打开“新块文件”，此时河道的地理坐标导入SMS界面。例如凤台大桥地理坐标为：x是474700.0，y是3620490.0；平圩大桥地理坐标为：x是493317.0，y是3616831.0。离散数据时，把CADData转变为离散数据，首先要将CADData转变为MapData，具体操作为：在“ProjectExplorer”中右键单击“CADData”同时从下拉菜单中选择Convert→CAD→Map，此时将会创建一个新的图层“CAD”。选择这个图层使MapModule处于活动状态，右键选择“CAD”图层并从菜单中选

8、中Convert→CAD→2Dscatter。当对离散数据检查时，在Map→Scatter对话框，使所有选项保持不变。SMS创建离散数据组时进行了复制点检查。最后散点生成，为了更好的查看离散点，讲窗口缩小至离散数据组顶端西端，关闭“CAD”图像图层，生成散点图（图4）3.3平面图形有限网格的生成3.3.1有限网格的概述有限元法（FiniteElementMethod）产生于20世纪50年代[4]，主要是一种数值解析法，其中常见的的方法有直接分析法、变量分析法和加权余量分析法[11]。有限元法的基本思路是把研究的整体结构进行离散化，通过具体的有限单元和节点来完成现实中的分

9、析问题[12]。因此，在实际解决问题中，就要对有限网格进行划分，由于网格划分灵活多变、网格上节点连接密切和网格连接相对稳定，所以用来处理一些复杂的不规则几何问题，其中最常见的就是模拟河道的网格计算问题3.3.2网格的单元类型网格的单元类型主要有两种，分别是三角形和四边形[5]。三角形单元网格稳定性好，精度高，通常用于分流、汇流和河心洲处，但网格排列通常不规则，对于相同节点数的网格，三角形单元较多计算量大，求解的精度要求高，处理程序复杂。对于四边形网格来说，其结构相对简单、网格区域拉伸性能较好，网格单元排列的规律性较强，并切依据网格单元建立